Gli scienziati che stanno creando una bio-internet delle cose

immagine concettuale di batteri in una capsula di Petri michael schiffer / unsplash

Immagina di progettare il dispositivo perfetto per l'Internet delle cose. Che funzioni deve avere? Per cominciare, deve essere in grado di comunicare, sia con altri dispositivi che con i suoi padroni umani. Deve essere in grado di memorizzare ed elaborare informazioni. E deve monitorare il suo ambiente con una gamma di sensori. Infine, avrà bisogno di una sorta di motore integrato.

Non mancano i dispositivi che hanno molte di queste caratteristiche. La maggior parte si basa su dispositivi ampiamente disponibili ea basso costo come Raspberry Pis, schede Arduino e simili.

Ma un altro insieme di macchine con funzioni simili è molto più abbondante, affermano Raphael Kim e Stefan Poslad della Queen Mary University di Londra nel Regno Unito. Sottolineano che i batteri comunicano in modo efficace e hanno motori e sensori integrati, oltre a una potente architettura di archiviazione ed elaborazione delle informazioni.

E questo solleva una possibilità interessante, dicono. Perché non usare i batteri per creare una versione biologica dell'Internet delle cose? Oggi, in un invito all'azione, espongono alcune delle idee e delle tecnologie che potrebbero renderlo possibile.

Il modo in cui i batteri immagazzinano ed elaborano le informazioni è un'area di ricerca emergente, in gran parte incentrata sul cavallo di battaglia batterico Escherichia coli . Questi (e altri) batteri immagazzinano informazioni in strutture di DNA a forma di anello chiamate plasmidi, che trasmettono da un organismo all'altro in un processo chiamato coniugazione.

L'anno scorso, Federico Tavella dell'Università di Padova in Italia e colleghi hanno costruito un circuito in cui un ceppo di immotile E. coli ha trasmesso un semplice messaggio Hello world a un ceppo mobile, che ha portato le informazioni in un'altra posizione.

Questo tipo di trasmissione di informazioni si verifica continuamente nel mondo batterico, creando una rete straordinariamente complessa. Ma l'esperimento di prova di principio di Tavella e compagni mostra come può essere sfruttato per creare una sorta di bio-internet, affermano Kim e Poslad.

E. coli fare un mezzo perfetto per questa rete. Sono mobili: hanno un motore incorporato sotto forma di appendici filiformi ondeggianti chiamate flagelli, che generano spinta. Hanno recettori nelle loro pareti cellulari che rilevano aspetti del loro ambiente: temperatura, luce, sostanze chimiche, ecc. Memorizzano le informazioni nel DNA e le elaborano usando i ribosomi. E sono minuscoli, consentendo loro di esistere in ambienti a cui le tecnologie create dall'uomo hanno difficoltà ad accedere.

E. coli sono anche relativamente facili da manipolare e ingegnerizzare. Il movimento di base della biologia fai-da-te sta rendendo gli strumenti biotecnologici più economici e più facilmente disponibili. Il Laboratorio Amino , ad esempio, è un kit di ingegneria genetica per gli scolari, che consente loro di riprogrammare E. coli brillare al buio, tra le altre cose.

Questo tipo di biohacking sta diventando relativamente comune e mostra il notevole potenziale di una bio-internet delle cose. Kim e Poslad parlano di un'ampia gamma di possibilità. I batteri potrebbero essere programmati e dispiegati in ambienti diversi, come il mare e le 'città intelligenti', per rilevare tossine e inquinanti, raccogliere dati e intraprendere processi di biorisanamento, dicono.

I batteri potrebbero anche essere riprogrammati per curare le malattie. Ad esempio, ospitando DNA che codificano ormoni utili, i batteri possono nuotare verso una destinazione scelta all'interno del corpo umano, [e] produrre e rilasciare gli ormoni quando attivati ​​dal sensore interno del microbo, suggeriscono.

Naturalmente, ci sono vari aspetti negativi. Mentre l'ingegneria genetica rende possibili tutti i tipi di esperimenti divertenti, possibilità più oscure regalano agli esperti di biosicurezza notti insonni. Ad esempio, non è difficile immaginare che i batteri agiscano come vettori di varie malattie sgradevoli.

È anche facile perdere i batteri. Una cosa che non hanno è l'equivalente del GPS. Quindi rintracciarli è difficile. In effetti, può essere quasi impossibile tracciare le informazioni che trasmettono una volta che sono state rilasciate in natura.

E qui sta uno dei problemi con un'internet biologica delle cose. Internet convenzionale è un modo per iniziare con un messaggio in un punto dello spazio e ricrearlo in un altro punto scelto dal mittente. Consente agli esseri umani, e sempre più ai dispositivi, di comunicare tra loro in tutto il pianeta.

Il bio-internet di Kim e Poslad, d'altra parte, offre un modo per creare e rilasciare un messaggio ma poco per controllare dove finisce. La biorete creata dalla coniugazione batterica è così incredibilmente vasta che le informazioni possono diffondersi più o meno ovunque. I biologi hanno osservato il processo di coniugazione che trasferisce materiale genetico dai batteri ai lieviti, alle piante e persino alle cellule dei mammiferi.

Anche l'evoluzione gioca un ruolo. Tutti gli esseri viventi sono soggetti alle sue forze. Non importa quanto possa sembrare benigno un batterio, il processo di evoluzione può provocare il caos attraverso la mutazione e la selezione, con esiti impossibili da prevedere.

Poi c'è il problema dei cattivi attori che influenzano questa rete. Internet convenzionale ha attratto più della sua giusta quota di individui che rilasciano malware per scopi nefasti. L'interesse che potrebbero avere per un'internet biologica delle cose è roba da incubi.

Kim e Poslad riconoscono alcuni di questi problemi, affermando che la creazione di una rete basata sui batteri presenta nuovi problemi etici. Tali sfide offrono una ricca area di discussione sull'implicazione più ampia dei sistemi Internet of Things guidati dai batteri, concludono con un eufemismo.

Questa è una discussione che vale la pena avere prima piuttosto che dopo.

Rif: arxiv.org/abs/1910.01974 : La cosa con E. coli: evidenziare le opportunità e le sfide dell'integrazione dei batteri nell'IoT e nell'HCI

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