Біологи зібрали з бактерій логічні оператори. Дослідники посадили на паперову підкладку різні групи бактерій таким чином, щоб потік виділених ними речовин змушував групу бактерій виведення світитися (сигнал «1») або залишатися темними (сигнал «0»). Залежно від розташування груп бактерій відносно один одного вчені отримали оператори «І», «АБО», «НЕ» і «виключаюче АБО», а також навели приклад аналогового обчислення. Автори роботи, опублікованої в, припускають, що подібні схеми можуть лягти в основу простих портативних біосенсорів.
Ідея проводити обчислювальні операції за допомогою біологічних об'єктів для синтетичної біології не нова. Як правило, розробники використовують для подібних пристроїв три шари різних клітин: по одному для отримання хімічного сигналу, його обробки і висновку відповіді. Однак самі по собі клітини складно влаштовані, і важко передбачити, як буде функціонувати вся система цілком, навіть якщо відомо, як працюють окремі її частини. Наприклад, виникають проблеми з передачею сигналів і відтворюваністю результатів.
Біоінженери з іспанського Університету Помпеу Фабра під керівництвом Хав'єра Марсії (Javier Marcáa) запропонували спростити архітектуру біологічного комп'ютера, точніше, помістити клітини введення і клітини виведення сигналу на один шар. Інформація в запропонованій ними схемі кодується у вигляді концентрації певної речовини, що виробляється бактеріальними клітинами. У такій системі почесний простір стає учасником обчислювального процесу: хімічний сигнал від однієї групи бактерій поширюється за паперовою підкладкою і взаємодіє з іншими групами, які в свою чергу видають свої сигнали у відповідь на отриману інформацію. Фінальна група - клітини виведення - залежно від концентрації отриманої речовини може виробляти флуоресцентний білок, тобто видавати видиму людині відповідь.
У роботі використовувалися клітини кишкової палички. Автори розділили їх на чотири групи, кожну з яких забезпечили своїм генетичним елементом: перша виробляла сигнальну молекулу постійно (в цьому випадку - ацил-гомосеринлактон), друга і третя - тільки в присутності цукрів арабінози і рамнози, відповідно, і четверта тільки в присутності ртуті. Сигнальна молекула може дифундирувати в папері, зустрічаючись з бактеріями, які або виділяють фермент, який руйнує ацил-гомосеринлактон, або ні - і цим можна керувати, впливаючи на таку групу додатковими сигнальними речовинами (тими ж молекулами цукрів). Крім того, вчені забезпечили систему елементом-підсилювачем з групи бактерій, яка синтезувала сигнальну молекулу, якщо сама її відчувала, і не синтезувала за її відсутності, підтримуючи концентрацію аціл-гомосеринлактону на постійному рівні. І нарешті, видиму відповідь видавали бактерії-репортери, які синтезували зелений флуоресцентний білок, якщо концентрація ацил-гомосеринлактону перевищувала певне порогове значення.
Самі схеми вчені наносили на папір звичайнішими відтисками: на них наносили суспензії бактерій і робили відбиток на папері. Підкладку потім клали на тверде живильне середовище, щоб бактерії могли нормально функціонувати.
Щоб перевірити систему в якості біосенсора дослідники додали в поживну суміш з'єднання ртуті в різних концентраціях. Видима відповідь - кількість засвітилися груп бактерій-репортерів і їх відстань від бактерій, який виробляли сигнальну молекулу - дозволила оцінити концентрацію ртуті.
Далі дослідники перейшли до створення більш складних схем, комбінуючи наявні елементи. Наприклад, з двох колоній, які постійно виробляють сигнальну молекулу, і двох колоній, які руйнують сигнал у присутності або арабінози, або ангідротетрацикліну, вийшов логічний оператор «АБО». Схожим чином автори зібрали оператори «І», «НЕ» і «виключаюче АБО». Автори роботи також показали системи, що сприймають два або три сигнали входу.
Наостанок дослідники спробували показати можливість аналогового обчислення: вони створили бактеріальну версію смужкового фільтра - елемента, який пропускає складові, що знаходяться в деякій смузі частот. Для цього на смужку паперу нанесли бактерії, які синтезували сигнальну молекулу тільки в присутності арабінози, за ними - бактерії, які виділяли руйнівний фермент у присутності арабінози, і в кінці - бактерії, що генерують відповідь. При низьких концентраціях цукру, сигнальна молекула не вироблялася в достатній кількості і не могла досягти бактерій, які виробляють в її присутності флуоресцентний білок. При високих концентраціях арабінози, сигнальна молекула синтезувалася у великій кількості, але вся руйнувалася також активним ферментом, і флуоресценція знову не з'являлася. І тільки заданої (середньої) концентрації арабінози вистачало, щоб запустити синтез сигнальної молекули, але її ж було недостатньо для вироблення руйнуючого сигнал ферменту. Сигнал доходив до заданої точки і «запалював» клітини виведення.
Автори роботи звертають увагу, що показана ними система може зберігатися до десяти днів у холодильнику (чотири градуси Цельсія), і незважаючи на те, що за цей час сила видимого сигналу погіршується, загалом функціональність не порушується. При зберіганні при _ 80 градусах Цельсія, ніяких змін дослідники не спостерігали. Дослідники розраховують надалі зменшити час відповіді системи на сигнал входу (у цій роботі воно склало 24 години), а також автоматизувати процес «друку» схем.
У обчислювальні машини вчені намагаються перетворити не тільки групи клітин, але й окремі клітини самі по собі або навіть просто молекули ДНК. Наприклад, біологи перетворили на комп'ютери ті самі кишкові палички, а біохіміки записали інформацію на молекули ДНК з одноланцюжковим розривом.