Auf dem Weg zu biologischen, in Zellen funktionierenden Computerschaltkreisen basteln Forscher intensiv auch an Transistoren – den in elektronischen Geräten unverzichtbaren Schaltelementen, die je nach Input Signale zum Beispiel stoppen oder weiterleiten und verstärken. Ein Bioingenieurteam um Drew Endy von der Stanford University ist mit einer neuen Idee nun entscheidende Schritte weitergekommen. Ihre "Transkriptor" getauften Biotransistoren, eine geschickte Kombination von DNA, verschiedenen Proteinwerkzeugen und genetischen Schaltern, arbeiten als vielseitige logische Gatter auch in lebenden Zellen. Mit dem Element werden theoretisch Zellcomputer möglich, in denen natürliche genetische Steuerkreise mit gezielten Operationen und damit verschiedensten Funktionen verknüpft werden könnten.

Bei den biologischen Transistoren von Endy und Kollegen übernehmen DNA-Moleküle und das auf den DNA-Abschnitten wandernde Vervielfältigungsenzym RNA-Polymerase die Funktion, die ein Stromleiter und die Elektronen beim klassischen elektronischen Bauelement erfüllen. Der Transistor leitet, wie sein elektronisches Vorbild, Eingangssignale durch verschiedene "Logikgatter" (etwa die Gatter der Funktionen UND, ODER oder NICHT) und generiert aus dem Input schließlich ein einziges logisches Ausgangssignal. Dieses kann auch vielfach verstärkt sein. So kann der "Transkriptor" zum Beispiel über ein UND-Gatter dafür sorgen, dass nur bei gleichzeitiger Anwesenheit von zwei Signalmolekülen ein bestimmtes Enzym produziert und verstärkt ausgeschüttet wird.

Herzstück des "Transkriptors" ist das aus Phagen isolierte Enzym Serinintegrase: Es schneidet gezielt ein DNA-Stück – eine exakt durch flankierende Schnittsequenzen gekennzeichnete Zielregionen – aus. Das von den Integrasen angesteuerte DNA-Stück des Biotransistors enthält nun asymmetrische, auf dem DNA-Strang lokalisierte Stoppsignale für das Enzym RNA-Polymerase, welches an der DNA-Kette entlangläuft und dabei die Boten-RNA für ein Protein produziert. Je nach Aktivität der Integrase (und der Laufrichtung der Polymerase an einem Strang der DNA) wird die Arbeit des Enzyms Polymerase nun also unterbrochen oder nicht: Das Konstrukt funktioniert insgesamt demnach als signalabhängiger Schalter. Verschiedene Abwandlungen dieses Prinzips machen mehrere logische Operationen möglich. Ihre Kombination, so die Forscher, erlauben dann noch komplexere Schaltkreise.

Die Anwendungsmöglichkeiten der "Boolean Integrase Logic"-Gatter oder kurz "BIL Gates" getauften Biotransistoren "werden höchstens durch die Fantasie der Forscher beschränkt", schwärmt die an der Studie beteiligte Biophysikerin Monica Ortiz. Jedenfalls sei mit den logische Operationen durchführenden Transistoren das dritte von drei wesentlichen Bauelementen gefunden, welches in biologischen Computern wie im technischen Vorbild Dienst tut. Die beiden anderen – ein Speicherelement sowie ein Weg zur Datenübertragung – sei dagegen vergleichsweise leicht von natürlichen Mechanismen zu kopieren, geben sich Endy, Ortiz und Co optimistisch.