Cientistas fazem bactérias se comportarem como transistores

Redação 24hrs
03/10/2026
13:12

O trabalho de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) está levando a biologia sintética a uma direção que lembra a eletrônica: bactérias geneticamente modificadas foram projetadas para desempenhar funções semelhantes às de transistores, permitindo a construção de circuitos biológicos vivos que podem ser impressos sobre um meio de crescimento em placas de Petri. A proposta não é transformar bactérias em computadores convencionais, mas fazer com que células vivas sejam capazes de processar informações e controlar respostas biológicas.

Na eletrônica, os transistores funcionam como interruptores que controlam a passagem de corrente elétrica por um circuito. No sistema desenvolvido pelos pesquisadores, as células bacterianas exercem uma função semelhante ao regular a movimentação de pequenas moléculas usadas como sinais. Essas moléculas carregam informações de uma célula para outra e permitem que diferentes componentes do circuito biológico se comuniquem.

Os pesquisadores desenvolveram dois tipos de transistores bacterianos e três outras linhagens de bactérias capazes de funcionar como relés entre eles. Juntos, esses cinco tipos de componentes formam um conjunto modular que pode ser organizado de diferentes maneiras para construir circuitos. No estudo, a equipe demonstrou sistemas capazes de realizar operações como a soma de duas ou três entradas e o direcionamento de uma única entrada para um destino selecionado.

Segundo Hamid Doosthosseini, pesquisador de pós-doutorado do MIT e autor principal do estudo, a equipe já construiu alguns componentes básicos de uma arquitetura computacional, mas a combinação das cinco linhagens permite, em princípio, construir diferentes tipos de operações.

Uma das possibilidades estudadas é instalar esses circuitos vivos em folhas ou raízes de plantas. Nesse cenário, as bactérias poderiam processar informações relacionadas às condições ambientais e ajudar as plantas a detectar e responder a situações de estresse, como períodos de seca ou ataques de pragas.

O trabalho tem como autor sênior Christopher Voigt, chefe do Departamento de Engenharia Biológica do MIT, e também contou com a participação do ex-pesquisador de pós-doutorado Haorong Chen. O estudo foi publicado na revista científica Nature Chemical Biology.

A transformação de células bacterianas em componentes semelhantes a transistores parte de um problema enfrentado pela biologia sintética. Normalmente, os pesquisadores constroem circuitos dentro das próprias células, modificando-as para produzir proteínas e fatores de transcrição que interagem entre si. Esses sistemas podem ser programados, por exemplo, para reconhecer uma determinada molécula e produzir uma resposta específica.

Embora essa abordagem permita realizar diferentes operações lógicas, aumentar sua complexidade se torna difícil. Em geral, operações distintas precisam de fatores de transcrição específicos para evitar que os sinais interfiram uns nos outros. Como existe uma quantidade limitada de fatores de transcrição adequados, há um limite prático para a complexidade que pode ser incorporada a uma única célula. Além disso, concentrar muitos circuitos em uma mesma célula pode sobrecarregar a maquinaria responsável pela produção de proteínas.

A equipe do MIT adotou outra estratégia. Em vez de colocar todo o circuito dentro de uma única célula, os pesquisadores modificaram células individuais para que cada uma desempenhasse o papel de um componente semelhante a um transistor. Essas células podem então ser combinadas em diferentes configurações, da mesma maneira que componentes eletrônicos são interligados em um circuito.

Para construir esses componentes, os pesquisadores utilizaram Pantoea agglomerans, uma bactéria encontrada com frequência em superfícies, inclusive em plantas. Foram criadas duas versões de transistores bacterianos capazes de responder a uma molécula chamada OC 6. Um dos tipos é ativado quando entra em contato com essa molécula, enquanto o outro é desativado.

Cada transistor também detecta uma segunda molécula, denominada OC 12. Dependendo da presença ou ausência de OC 12 e de o transistor ter sido ativado ou não, a célula bacteriana produz uma molécula de saída chamada OHC 14. Essa molécula funciona como um sinal que pode ser transmitido ao próximo componente do circuito.

Para permitir essa comunicação entre células, a equipe criou três linhagens de Pantoea agglomerans capazes de funcionar como relés. Essas bactérias recebem o sinal OHC 14 e o transformam em outro sinal que pode servir como entrada para o transistor seguinte. Dessa forma, células individuais podem ser conectadas quimicamente, formando uma espécie de circuito biológico.

Um dos sistemas construídos pelos pesquisadores foi um interruptor bidirecional composto por dois transistores que detectam OC 12. Dependendo de uma entrada adicional responsável pelo controle do interruptor, a informação é encaminhada por diferentes linhagens de relés antes de chegar a outros transistores para ser processada novamente.

Para montar fisicamente os circuitos, os pesquisadores imprimiram colônias bacterianas sobre placas contendo ágar, um material utilizado como meio de crescimento para microrganismos. Cada colônia foi posicionada a aproximadamente 5 milímetros da vizinha mais próxima. Essa distância foi escolhida para ajudar a garantir que os sinais químicos alcancem principalmente a próxima colônia da sequência, permitindo que a informação percorra o circuito em uma direção determinada.

Os experimentos mostraram que um mesmo tipo de transistor bacteriano pode executar diferentes operações lógicas dependendo da posição que ocupa dentro do circuito. Entre as funções demonstradas estão operações com múltiplas entradas e portas lógicas do tipo OR e implication, nas quais a saída depende da relação lógica entre os sinais de entrada.

Ao conectar vários transistores, os pesquisadores também conseguiram construir sistemas mais complexos. Os circuitos foram capazes de somar dois sinais, processar vários sinais simultaneamente e funcionar como um demultiplexador. Nesse último caso, uma única entrada é recebida e encaminhada para um entre vários possíveis destinos de acordo com um sinal separado de controle.

O maior circuito demonstrado no estudo continha 24 colônias bacterianas interconectadas e foi projetado para realizar a soma de duas entradas. O resultado mostra uma abordagem diferente para aumentar a complexidade dos circuitos biológicos: em vez de tornar uma única célula cada vez mais carregada de funções, componentes celulares relativamente simples podem ser conectados para formar sistemas maiores.

Apesar dessa capacidade, existe uma diferença fundamental em relação à computação eletrônica: a velocidade. Cada cálculo realizado pelos circuitos bacterianos leva aproximadamente oito horas, enquanto um computador eletrônico executa operações semelhantes em uma escala de tempo muito menor. Para determinadas aplicações biológicas, porém, os pesquisadores consideram que essa lentidão pode não representar um problema significativo.

A intenção, segundo Voigt, não é substituir computadores convencionais, mas introduzir capacidade de processamento diretamente em sistemas biológicos. Se bactérias instaladas nas raízes de uma planta, por exemplo, forem capazes de detectar diferentes condições ambientais e executar uma operação simples durante a noite, esse intervalo pode ser suficientemente curto quando comparado ao ritmo de crescimento de uma planta.

Uma das aplicações imaginadas pela equipe está justamente na agricultura. Se esses circuitos puderem ser incorporados às raízes ou a outras partes das plantas, eles poderão ser programados para reconhecer diferentes sinais associados a condições de estresse. Ao identificar uma determinada condição, o sistema poderia desencadear uma resposta específica. Em um exemplo citado pelos pesquisadores, a detecção de um sinal associado a uma ameaça poderia levar as bactérias a induzir a produção de um fungicida.

A proposta representa, portanto, uma tentativa de aproximar a lógica computacional dos próprios sistemas vivos. Em vez de transportar uma planta para um computador para analisar seus dados, a ideia é desenvolver componentes biológicos capazes de detectar informações, processá-las e desencadear respostas dentro do próprio ambiente onde essas informações são produzidas. O resultado ainda está muito distante da velocidade e da versatilidade dos computadores eletrônicos, mas demonstra que células individuais podem ser transformadas em unidades interconectáveis capazes de participar de sistemas biológicos de processamento de informação.

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