Trotz seiner Assoziation mit verdorbenem Salat und potenziell lebensbedrohlichen Infektionen ist der Bakterienstamm Escherichia coli normalerweise harmlos - und überraschend vielseitig. Wie Ryan F. Mandelbaum für Gizmodo berichtet, hat ein Team italienischer Forscher kürzlich die Schwimmfähigkeiten von E. coli genutzt (die Bakterien können in nur einer Sekunde zehnmal so lange Strecken zurücklegen), um eine millimetergenaue Kopie des berühmtesten Werks der Welt zu produzieren Kunst, Leonardo da Vincis "Mona Lisa".
Die in eLife neu detaillierten Forschungen der Wissenschaftler drehen sich um das Flagellum oder den Schwanz von E. coli. Dieser winzige Motor treibt die Bewegung der Bakterien an und ermöglicht es ihnen, eindeutige Muster zu bilden. Er kann mithilfe eines lichtempfindlichen Proteins namens Proteorhodopsin gesteuert werden.
Obwohl das Protein normalerweise in ozeanbewohnenden Bakterien vorkommt, schreibt Dyllan Furness von Digital Trends, dass das Team gentechnisch veränderte Proteine in E. coli und andere Bakterienstämme einführte. Diese modifizierten Bakterien, die nicht mehr auf Sauerstoff angewiesen waren, um ihre Schwimmbewegungen zu lenken, schauten nach Licht.
"Ähnlich wie Fußgänger, die ihre Gehgeschwindigkeit verlangsamen, wenn sie auf eine Menschenmenge treffen, oder Autos, die im Stau stehen, werden schwimmende Bakterien in langsameren Regionen mehr Zeit verbringen als in schnelleren", erklärt der Physiker Giacomo Frangipane von der Universität Rom in Italien sagte in einer Erklärung: "Wir wollten dieses Phänomen ausnutzen, um zu sehen, ob wir die Konzentration von Bakterien mit Licht formen können."
Für ihre Mini-Mona Lisa projizierten die Forscher ein negatives Bild des Meisterwerks der Renaissance auf eine „Bühne“, auf der sich die Bakterien befanden. Laut Gizmodos Mandelbaum strömten langsamer laufende E. coli in Gebiete, die weniger Licht erhielten, sich gegenseitig drängten und dichte Muster erzeugten, die als dunklere Bereiche des endgültigen Porträts erscheinen. Sich schneller bewegende Bakterien hingegen erhielten mehr Licht und rückten weiter auseinander, wodurch die helleren Schattierungen des Porträts erzeugt wurden.
„Wenn wir einen weißen Strich„ malen “möchten - wo Bakterien die Farbe sind -, müssen wir die Geschwindigkeit der Bakterien verringern, indem wir die Lichtintensität in dieser Region lokal verringern, damit sich die Bakterien verlangsamen und dort ansammeln“, sagt Co-Autor Roberto Di Leonardo, ein Physiker auch an der Universität von Rom, erzählt Digital Trends Furness.
Eine beschleunigte Version des Zeitraffers (Frangipane et al.) Obwohl die E. coli eine erkennbare Wiedergabe von Da Vincis Gemälden zeigten, reagierten die Bakterien verzögert auf Lichtveränderungen, so dass das endgültige Bild laut einer Pressemitteilung unscharf ausfiel. Um dieses Problem zu beheben, setzte das Team seine Projektion auf eine 20-Sekunden-Schleife, sodass die Bakterienformationen kontinuierlich mit dem gewünschten Ergebnis verglichen werden konnten. Das Ergebnis: eine „photokinetische“ Bakterienzellschicht, mit der nahezu perfekte Kopien von Schwarzweißbildern erstellt werden können.
Neben der Neuerstellung der „Mona Lisa“ führten die Forscher die E. coli in nur fünf Minuten zu einem Porträt, das sich von einem Porträt Albert Einsteins in ein Porträt Charles Darwins verwandelte.
Obwohl diese künstlerischen Leistungen beeindruckend sind, stellt Di Leonardo fest, dass sie nicht das Endziel der Forschungen des Teams sind: Stattdessen hoffen die Wissenschaftler, gentechnisch veränderte Bakterien als mikroskopische Bausteine zu verwenden.
„In der Physik und in technischen Anwendungen könnten diese Bakterien als biologisch abbaubares Material für den optischen 3D-Druck von Mikrostrukturen im Submillimeterbereich verwendet werden“, erklärt Di Leonardo gegenüber Furness. "Andererseits könnte die dynamische Kontrolle von Bakterien für biomedizinische In-vitro-Anwendungen genutzt werden, um größere Zellen für Analyse- oder Diagnosezwecke auf Einzelzellenebene in miniaturisierten Labors zu isolieren, zu sortieren und zu transportieren."
