Pomimo powiązania ze skażoną sałatą i potencjalnie zagrażającymi życiu infekcjami, szczep bakterii Escherichia coli jest zwykle nieszkodliwy - i zaskakująco wszechstronny. Jak informuje Ryan F. Mandelbaum dla Gizmodo, zespół włoskich naukowców niedawno wykorzystał umiejętności pływania E. coli (bakterie mogą ścigać się na odległości 10-krotnie dłuższe w ciągu jednej sekundy), aby stworzyć milimetrową replikę najsłynniejszego dzieła sztuka, „Mona Lisa” Leonarda da Vinci.
Badania naukowców, nowo szczegółowo opisane w eLife, obracają się wokół wici lub ogona E. coli. Ten niewielki silnik napędza ruch bakterii, umożliwiając im tworzenie odrębnych wzorów, i można go kontrolować za pomocą wrażliwego na światło białka zwanego proteorhodopsin.
Chociaż białko to zwykle znajduje się w bakteriach żyjących w oceanach, Dyllan Furness z Digital Trends pisze, że zespół wykorzystał inżynierię genetyczną do wprowadzenia go do E. coli i innych szczepów bakteryjnych. Te zmodyfikowane bakterie, nie zależne już od tlenu do napędzania pływania, patrzyły na światło, by kierować ich ruchami.
„Podobnie jak piesi, którzy spowalniają prędkość chodzenia, gdy spotykają tłum, lub samochody, które utknęły w korku, pływające bakterie spędzą więcej czasu w wolniejszych regionach niż w szybszych”, główny autor Giacomo Frangipane, fizyk z University of Rzym we Włoszech, powiedział w oświadczeniu: „Chcieliśmy wykorzystać to zjawisko, aby sprawdzić, czy możemy kształtować stężenie bakterii za pomocą światła”.
Aby stworzyć mini „Mona Lisa”, naukowcy stworzyli negatywny obraz renesansowego arcydzieła na „scenie”, w której znajdują się bakterie. Według Mandelbauma Gizmodo wolniej poruszające się E. coli gromadziły się w obszarach otrzymujących mniej światła, stłocząc się nawzajem i wytwarzając gęste wzory, które wyglądają jak ciemniejsze regiony ostatecznego portretu. Z drugiej strony, szybciej poruszające się bakterie otrzymywały więcej światła i oddalały się od siebie, tworząc jaśniejsze odcienie portretu.
„Jeśli chcemy„ namalować ”biały obrys - w którym farbą są bakterie - musimy zmniejszyć prędkość bakterii poprzez lokalne zmniejszenie intensywności światła w tym regionie, aby bakterie zwolniły i tam się gromadziły”, współautor badania Roberto Di Leonardo, fizyk również z uniwersytetu w Rzymie, mówi „Digital Trends 'Furness”.
Przyspieszona wersja timelapse (Frangipane i in.) Chociaż E. coli dało rozpoznawalne odwzorowanie obrazu da Vinci, bakterie doświadczyły opóźnionych reakcji na zmiany światła, co doprowadziło do ostatecznego rozmycia obrazu, zgodnie z komunikatem prasowym. Aby rozwiązać ten problem, zespół ustawił projekcję na 20-sekundową pętlę, umożliwiając im ciągłe porównywanie formacji bakteryjnych z pożądanym rezultatem. Rezultat: „fotokinetyczna” warstwa komórek bakteryjnych zdolna do tworzenia niemal idealnych replik czarno-białych obrazów.
Oprócz odtworzenia „Mona Lisa” naukowcy poprowadzili E. coli do morficznego portretu, który zmienił się z podobizny Alberta Einsteina w Charlesa Darwina w zaledwie pięć minut.
Choć te artystyczne dokonania są imponujące, Di Leonardo zauważa, że nie są one ostatecznym celem badań zespołu: naukowcy mają nadzieję na wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych bakterii jako mikroskopijnych elementów budulcowych.
„W zastosowaniach fizyki i inżynierii bakterie te można wykorzystać jako materiał biodegradowalny do optycznego drukowania 3D mikrostruktur poniżej milimetra”, wyjaśnia Di Leonardo dla Furness. „Z drugiej strony dynamiczną kontrolę bakterii można wykorzystać w zastosowaniach biomedycznych in vitro do izolacji, sortowania i transportu większych komórek do celów analizy lub diagnostyki na poziomie pojedynczych komórek w zminiaturyzowanych laboratoriach”.
