Bakterienkolonien können nun Signale addieren und sie wie eine elektronische, aber lebende Schaltung weiterleiten.
Dafür veränderten Forschende am MIT das Bakterium Pantoea agglomerans, das unter anderem auf Pflanzen häufig vorkommt. Die Studie wurde am 17. August 2026 in Nature Chemical Biology veröffentlicht.
Zum Verständnis: Ein elektronischer Transistor wirkt wie ein Schalter, der den Stromfluss kontrolliert. Hier fließt jedoch kein elektrischer Strom zwischen den Bakterienkolonien. Stattdessen übernehmen zwei Bakterienstämme die Rolle chemischer Schalter. Je nachdem, welche Moleküle sie erkennen, produzieren sie ein weiteres Molekül, das als Signal dient, oder nicht.
Kolonien veränderter Bakterien werden auf einem Nährboden angeordnet, um biologische Schaltungen zu bilden, deren Funktion von ihrer räumlichen Anordnung abhängt.
Quelle: MIT-Forschende, bearbeitetes Bild von MIT News
Drei weitere Stämme dienen als Relais. Sie empfangen ein chemisches Signal, wandeln es um und übertragen es an die nächste Stufe. Den Forschenden stehen hier fünf Zellstämme zur Verfügung, und allein ihre räumliche Anordnung bestimmt, welche „Berechnung“ durchgeführt wird.
Bei der Demonstration wurden die Kolonien durch Aufdrucken auf Agar angeordnet, ein gelartiges Nährmedium, auf dem sich Bakterien entwickeln können. Sie waren etwa 5 mm voneinander entfernt. Dieser Abstand begrenzt die Ausbreitung der Moleküle zu benachbarten Kolonien. Die Information kann dadurch den von den Forschenden vorgesehenen Weg von Relais zu Relais nehmen.
Durch eine einfache Änderung der Anordnung der fünf Stämme führte das Team mehrere logische Operationen aus. Einige Aufbauten addieren zwei oder drei Eingaben. Ein anderer leitet ein eingehendes Signal an ein ausgewähltes Ziel weiter. Die Schaltung zur Addition zweier Eingaben umfasst 24 chemisch miteinander verbundene Bakterienkolonien.
Der Vergleich mit einem elektronischen Chip hat jedoch Grenzen. Eine Operation dauert etwa acht Stunden, während sie in einem Computer nur einen winzigen Bruchteil dieser Zeit benötigt. Die Methode ist daher offensichtlich nicht dazu bestimmt, Prozessoren zu ersetzen: Ihr Vorteil liegt in der Möglichkeit, einfache Entscheidungen direkt in lebende Systeme zu integrieren.
Eine mögliche Anwendung betrifft die Landwirtschaft. Auf Wurzeln oder Blättern platzierte Bakterien könnten mehrere Anzeichen von Stress erkennen und anschließend eine passende Reaktion auslösen. Die Forschenden nennen etwa die Produktion eines Mittels gegen Pilze, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
Diese Architektur ermöglicht vor allem, das Verhalten der Schaltung zu verändern, indem bereits vorhandene Stämme neu angeordnet werden, anstatt das Genom der Bakterien neu zu schreiben. Künftige Forschungen müssen diese Demonstrationen auf Nährmedien in Systeme überführen, die dauerhaft in realen biologischen Umgebungen funktionieren können.