Бактерии, проектирани да създават живи цветни снимки

Credit: Felice Frankel
Credit: Felice Frankel

Слепите чревни бактерии получили дара на цветното зрение – или поне нещо подобно. Микроорганизмите могат да използват новото си умение да създават живи фотокопия на цветни картини, проектирани върху колониите им.

„Тези изображения издържат известно време“, казва Christopher Voigt от Масачузетския технологичен институт. Той държи някои от тях на стената си в офиса от няколко години.

Voigt и колегите му започнали да експериментират с бактериални „фотокопия“ преди 12 години. По това време, обаче, те можели да създадат само черно-бели изображения.

За да дадат възможност на бактериите Escherichia coli да се оцветяват, екипът на Voigt ги модифицирал като въвел в тях гени, които отговарят единствено на червена, зелена или синя светлина. Когато бъдат активирани от съответния цвят светлина, тези гени изпращат сигнали до други нововъведени гени, които след това произвеждат видим пигмент в идентичен цвят.

Изследователите отгледали проектираните клетки, за да създадат бактериален филм, който да послужи като фотографска плака. Когато ярко, цветно изображение бива проектирано върху колонията, индивидуалните клетки постепенно променят цвета си, за да пасне на цвета от светлината, достигаща бактериалния филм на конкретното им местоположение. Отнема около 8 часа на светлинните сигнали да създадат достатъчно пигменти, за да се получи силно изображение.


РЕКЛАМА:

***

Сияещ пример

Гледано отдалече, финалното изображение прилича на това, на което колонията била изложена.

По-ранната черно-бяла версия на технологията изисквала добавянето на само 3 допълнителни гена. Но цветната версия изисква по-широка модификация на E. coli: добавянето на 18 гена, подкрепени от внимателно настроени генни превключватели, които да насочват сензорните данни към гените, произвеждащи пигмента.

Credit: Felice Frankel
Credit: Felice Frankel

Въпреки че са отлични за изложба, чувствителните към цвят микроби показват потенциал за по-практични приложения, при които бактериалните функции могат да бъдат манипулирани от разстояние, като бъдат изложени на светлина с определени цветове.

Този подход може, например, да позволи по-фин контрол на бактериите, отглеждани във ферментори, за да се извлекат жизненоважни лекарства, антитела и вещества. Друго приложение може да бъде използването на светлина за извайването на живи биоматериали, като тъкани и органи за трансплантиране.

Добавени сенки

Това е грандиозна работа, казва Manuel Porcar от Institute for Integrative Systems Biology във Валенсия, Испания. „Показаните изображения са просто поразителни.“

Porcar казва, че в бъдеще може да бъде възможно да се произвеждат дори по-фини детайли в цвета с допълнителни сензори и схеми, които произвеждат светлосенки. „Такава голяма цветна палитра би могла да увеличи драматично сложността на това, което в основата си е комуникационна система, базираща се на светлина, между бактерии“, казва той.

Бактериите E. coli са естествено слепи и дори модифицираните версии „виждат“ само в най-елементарен смисъл. „Нужни са два компонента, за да виждаш“, казва Voigt. „Единият е да почувстваш светлината, а вторият е да я интерпретираш по някакъв начин, така че на основно ниво ти реагираш, а след това извършваш нещо в отговор.“

Едноклетъчните очевидно нямат мозъци, казва той, но те използват сензорни сигнали, за да откриват храна или да избягват вредни условия. „На молекулярно ниво те наистина „мислят“, казва той.

Живите изображения са част от по-голям проект, който да снабди бактериите с нови качества – като да разграждат петролните разливи – и да вмъкне генетична схема, която позволява на микроорганизмите да разбират и да се подчиняват на прости инструкции, предадени чрез сензорни стимули.

Някои екипи дори разработват микроорганизми, които могат да „говорят“ за настоящото си състояние или да казват на учените дали са попаднали на други вредни организми или токсини.

Превод: Никол Николова

Източник: New Scientist


Европейска нощ на учените 2022 г.: