Nhà máy hiệu suất siêu hạng của tương lai có thể sử dụng các đám tế bào vi khuẩn biến đổi gen, như E. coli, để tạo ra các hàng hóa có giá trị một cách thân thiện với môi trường. Bằng cách tận dụng các quá trình trao đổi chất tự nhiên của chúng, vi khuẩn có thể được tái lập trình để chuyển đổi các nguồn năng lượng tự nhiên sẵn có thành dược phẩm, chất dẻo và các sản phẩm nhiên liệu.

"Ý tưởng cơ bản là chúng tôi muốn đẩy nhanh quá trình tiến hóa để tạo ra lượng lớn các hóa chất có giá trị", George Church, người tiên phong trong hội tụ các lĩnh vực sinh học tổng hợp, kỹ thuật chuyển hóa và di truyền, cho biết. Ông là giáo sư di truyền học tại Trường Y Harvard.

Mấu chốt đối với quá trình các vi khuẩn sửa đổi trao đổi chất này là việc sử dụng các cảm biến sinh học. Được làm từ một thành phần sinh học - chẳng hạn như một protein huỳnh quang - và "phân tử dò" phản ứng với sự hiện diện của một chất hóa học cụ thể, các cảm biến sinh học hoạt động như các thiết bị chuyển mạch và đòn bẩy tắt/bật các chức năng được lập trình bên trong các tế bào được sửa đổi gen. Chúng cũng có thể được sử dụng để phát hiện được các "lao động" vi khuẩn đang sản xuất lượng lớn nhất một chất hóa học mong muốn. Bằng cách này, chúng có thể được coi như là phương tiện cho liên lạc hai chiều giữa con người và các tế bào

Nhưng cho đến nay, các nhà khoa học mới chỉ tiếp cận với một số ít các cảm biến sinh học có ít liên quan đến sản xuất sinh học các hóa chất có giá trị. Giờ đây, các nhà nghiên cứu Viện Wyss do giáo sư Church đứng đầu đã phát triển một bộ mới các cảm biến như vậy, không chỉ tăng số lượng các "chuyển mạch và đòn bẩy" tế bào mà các nhà khoa học có thể sử dụng cho tái lập trình di truyền phức tạp, mà còn phản ứng với các sản phẩm có giá trị như nhựa tái tạo hoặc dược phẩm đắt tiền. Các cảm biến này cũng cung cấp cho vi khuẩn "tiếng nói" của mình về hiệu quả trong việc tạo ra các sản phẩm này.

Liên kết với protein phát sáng xanh (GFP), các cảm biến sinh học có thể được sử dụng để kích hoạt các tế bào riêng lẻ phát ra huỳnh quang khả kiếny ở một tốc độ tỉ lệ trực tiếp với khả năng chúng có thể sản xuất một hóa chất mong muốn như thế nào. Sử dụng các cảm biến sinh học mới, các công nhân vi khuẩn hiệu quả nhất được xác định dễ dàng vì vậy chúng có thể làm nguồn gốc cho các dòng vi khuẩn biến đổi gen phát triển hiệu quả hơn trong sản xuất các hóa chất tái tạo sau mỗi thế hệ. Điều này làm giảm đáng kể các nút thắt chu trình thiết kế-chế tạo-kiểm tra.

Những phát hiện này có thể dẫn đến các ứng dụng mới trong giám sát môi trường bằng cách sử dụng các vi sinh vật biến đổi gen để phát tín hiệu cảnh báo sự hiện diện của các chất ô nhiễm hoặc các chất độc, và có thể mở ra những hiểu biết cơ bản mới về quá trình trao đổi chất.