在印度加尔各答的萨哈核物理研究所，合成生物学家桑格拉姆·巴格有一个重要而又不太寻常的目标：制造智能细菌。

巴格的实验室取得了一项重大突破，设计出一种能判断给定数字是否为质数以及给定字母是否为元音的细菌。巴格说，从前只有“人类或计算机”能够做到这些事情，“但如今基因改造细菌也能做到。这一观察结果提出了关于智能意味着什么的新问题”。

巴格的团队在细菌中植入能被不同化学诱导剂组合激活的“基因电路”。然后，他们在溶液中将细菌与不同基因电路组合在一起，试图打造能像人工神经网络一样运作的“细菌计算机”。在此环境下，每种改造细菌都是一个“细菌神经元”，许多细菌神经元组合在一起，就像一个能进行抽象数学运算的多细胞生物体。

研究团队在9月的《自然-化学生物学》杂志上刊文阐述了他们的发现。论文一经发表就引发了合成生物学家(即通过基因改造赋予生物体新功能的专家)的浓厚兴趣。例如，印度科钦的合成生物学与生物制造中心执行董事帕万·达尔说：“我们进入了一个新时代，经过基因编辑的细菌能够通过化学对话来解决数学问题。”

达尔补充说，细菌计算机的出现可能预示着制药工业和医学科学以及生物制造领域取得重大进展。人工神经网络中有许多被称为节点的处理单元，它们一层层相互连接。每个节点接受一个(或多个)输入，对其执行计算，并产生一个输出，它可以是整个人工神经网络的输出，也可以是另一个节点的输入。人工神经网络分层越多，就可以执行越复杂的计算任务。

印度加尔各答萨哈核物理研究所

巴格的团队使用分子生物学工具在大肠杆菌中植入转录基因电路，大肠杆菌是一种在研究中常用的细菌。

在转录过程中，细菌将部分脱氧核糖核酸(DNA)转录成核糖核酸(RNA)，并读取RNA上的内容以合成蛋白质。这种微生物知道何时开始转录，当被称为“转录因子”的蛋白质识别出被称为“启动子”的特定DNA序列时，就会启动转录进程。

研究团队通过植入可以被四种转录因子单独或一起识别的合成启动子，在细菌中构建了基因电路。论文写道：“转录因子和启动子及其相互作用形成了各种前馈、反馈和组合机制。”机器学习模型使用这些机制来进行计算。

通过这种方式，研究人员创造了14个可以进行多种组合的细菌神经元，每个都像一个单层人工神经网络。他们测试了每种组合执行特定任务的能力。每种组合都可以通过含有这种细菌的溶液中是否存在四种化合物而调整其“开”“关”状态。

传统计算机进行计算是通过控制由硅制成的电子设备的电压。高压为“开”，用“1”表示，低压为“关”，用“0”表示。为了在细菌计算机中模拟这种情况，巴格的团队首先将他们的问题编码为以0和1呈现的语言，并将其转换为化学诱导剂的存在(1)或不存在(0)。

当研究团队询问细菌神经元计算机“7是否为质数”时，它表达出绿色荧光蛋白(1)而不是红色荧光蛋白(0)，由此给出“是”的回答。细菌计算机还可以判断0到9之间的某个数字是否为完全幂(即可以表示为一个整数的整数次幂的数字；例如8是一个完全幂，因为8等于2的3次幂)，以及A和L之间的某个字母是否为元音。

最后，研究人员还测试了这些细菌神经元能否解决无法用“是”或“否”回答的问题。为此，他们让一台计算机算出使用固定数量的直线切割馅饼最多能切成多少块。这是一个优化问题，研究人员试图从一堆可能的解决方案中找出最佳方案。

研究小组再次以化学标记物的形式输入切割直线的数量，有一些化合物被包含在内，另一些不在其中。由于这种情况下的输出必须是一个数字，研究小组编辑了一些细菌神经元，使其除了表达绿色和红色荧光蛋白外，还能表达其他荧光蛋白(蓝色和橙色)。这些荧光蛋白的存在或不存在可以用二进制读取，并转换为十进制。

金奈数学科学研究所计算生物学教授阿里吉特·萨马勒说，巴格团队的这项研究有一个惊人特点，就是细菌计算机能够处理越来越复杂的数学和计算任务。

来自科钦的合成生物学家达尔称这篇论文“极具开创性”，并表示在不远的将来，此类生物计算机或许可以“在癌症早期阶段识别其分子模式，向医生发出信号，并在肿瘤形成之前实施局部治疗”。他补充说，随着科学家设计出能够执行更复杂任务的细菌计算机，“计算任务可以外包给微生物，从而降低对传统硅基计算机的需求”。