編譯／韋士塔

麻省理工學院（MIT）研究團隊在合成生物學領域取得重大進展，由該校生物工程系主任教授沃伊特（Christopher Voigt）與博士後研究員杜斯托塞尼（Hamid Doosthosseini）帶領的團隊，成功將「泛托亞凝集體」（Pantoea agglomerans）細菌進行基因重組，創造出能發揮化學開關功能的「生物電晶體」（Living Transistors）。研究人員進一步將這些菌株像是電子零件般「接線」組合，在培養皿的介質上列印出具備邏輯運算能力的活體電路板。

這項創新研究成果已發表於《自然化學生物學》（Nature Chemical Biology）期刊，沃伊特表示，這項技術打破傳統合成生物學的瓶頸，透過多個細胞菌落分工合作，製造出具備強大計算能力的生物電晶體，未來可望應用於精準農業、作物環境監測與智慧施藥等領域，為全球綠色科技開闢全新的應用前景。

研究團隊指出，傳統生物電路的瓶頸，在於試圖在單一細胞內植入多重轉錄因子，以執行邏輯運算，容易導致細胞蛋白質製造機制負荷過重，且不同訊號間極易相互干擾，使運算能力受限。

MIT團隊則屏棄單一細胞思惟，採用模組化分工架構，不再將整體電路擠入單一細胞，而是將不同細菌菌株改造為單一「電晶體」或「繼電器」，透過空間排列聯結成複雜的電路板。同時，研究團隊把菌落印製於培養基上，鄰近菌落的間距控制在約5毫米，確保化學訊號僅能單向傳播至相鄰菌落，避免訊號紊亂。

研究團隊目前最大的活體電路已結合24個細菌菌落，成功實現將訊號相加與多工處理功能。目前活體電路單次運算約需8小時，雖然無法與矽晶電腦比擬，但非常適合植物生長周期。

沃伊特指出，對於生物學的應用來說，以上這段時間非常合理，「我們的目的不是要代替電腦，而是要把運算控制，帶進生物學」。

沃伊特並表示，生物電晶體將可放置在作物的葉片或根部，即時感知周遭環境的乾旱壓力、土壤鹽鹼化或病蟲害入侵。一旦出現特定條件，細菌電路便能直接在植物表面自動合成並釋放生物殺菌劑或抗逆境物質，實現「感知、計算、防禦」一體化的精準農業。

參與這項研究的博士杜斯托塞尼（Hamid Doosthosseini）表示，團隊已建構出電腦架構中最基礎的元件，理論上，任何邏輯操作都能透過菌株的組合實現。

沃伊特強調，當前矽晶晶片無法貼附在活體組織上持續運作，但生物電晶體卻能完全無縫融入農作物中；隨著活體電路技術逐步成熟，未來的作物將不再只是被動承受氣候變遷與蟲害的受害者，而是具備自主評估環境、發出警訊，並即時反應的智慧生物體，能精準防禦病蟲害與極端氣候，讓全球糧食安全與綠色科技進入嶄新的篇章。