Ondanks de associatie met bedorven sla en potentieel levensbedreigende infecties, is de Escherichia coli-bacteriestam meestal onschadelijk - en verrassend veelzijdig. Zoals Ryan F. Mandelbaum rapporteert voor Gizmodo, heeft een team van Italiaanse onderzoekers onlangs geprofiteerd van de zwemvaardigheden van E. coli (de bacteriën kunnen in slechts één seconde over afstanden 10 keer hun lengte racen) om een millimetrische replica van 's werelds beroemdste werk van kunst, "Mona Lisa" van Leonardo da Vinci.
Het onderzoek van de wetenschappers, nieuw gedetailleerd in eLife, draait om het flagellum of de staart van E. coli. Deze minuscule motor drijft de beweging van de bacterie aan, waardoor ze verschillende patronen kunnen vormen, en kan worden bestuurd met behulp van een lichtgevoelig eiwit genaamd proteorhodopsin.
Hoewel het eiwit meestal wordt aangetroffen in bacteriën die in de oceaan leven, schrijft Dyllan Furness van Digital Trends dat het team genetische manipulatie heeft gebruikt om het in E. coli en andere bacteriestammen te introduceren. Deze gemodificeerde bacteriën waren niet langer afhankelijk van zuurstof om hun zwellingen van brandstof te voorzien, maar keken naar licht om hun bewegingen te begeleiden.
"Net als voetgangers die hun loopsnelheid vertragen wanneer ze een menigte tegenkomen, of auto's die vastzitten in het verkeer, zullen zwemmende bacteriën meer tijd doorbrengen in langzamere regio's dan in snellere regio's, " leidende auteur Giacomo Frangipane, een fysicus aan de Universiteit van Rome in Italië, zei in een verklaring: "We wilden dit fenomeen benutten om te kijken of we de concentratie van bacteriën met behulp van licht kunnen bepalen."
Om hun mini "Mona Lisa" te creëren, projecteerden de onderzoekers een negatief beeld van het meesterwerk uit de Renaissance op een "podium" waarin de bacteriën zijn ondergebracht. Volgens Gizmodo's Mandelbaum stroomden langzamer bewegende E. coli naar gebieden die minder licht ontvangen, elkaar verdringen en dichte patronen produceren die verschijnen als de donkere gebieden van het uiteindelijke portret. Sneller bewegende bacteriën daarentegen ontvingen meer licht en gingen verder uit elkaar, waardoor de lichtere tinten van het portret ontstonden.
"Als we een witte lijn willen 'schilderen' - waar bacteriën de verf zijn - moeten we de snelheid van bacteriën verlagen door de lichtintensiteit in die regio lokaal te verlagen zodat bacteriën daar vertragen en zich ophopen, " studie co-auteur Roberto Di Leonardo, een natuurkundige ook aan de Universiteit van Rome, vertelt Furness van Digital Trends.
Een versnelde versie van de timelapse (Frangipane et al) Hoewel de E. coli een herkenbare weergave van het schilderij van Da Vinci produceerde, ondervonden de bacteriën vertraagde reacties op variaties in licht, waardoor het uiteindelijke beeld wazig werd, volgens een persbericht. Om dit probleem op te lossen, heeft het team hun projectie ingesteld op een lus van 20 seconden, waardoor ze de bacteriële formaties continu kunnen vergelijken met het gewenste resultaat. Het resultaat: een "fotokinetische" bacteriële cellaag die vrijwel perfecte replica's van zwart-witafbeeldingen kan produceren.
Naast het herscheppen van de 'Mona Lisa', leidden de onderzoekers de E. coli naar een gezicht-morphend portret dat in slechts vijf minuten veranderde van een gelijkenis van Albert Einstein naar dat van Charles Darwin.
Hoewel deze artistieke exploits indrukwekkend zijn, merkt Di Leonardo op dat ze niet het einddoel van het onderzoek van het team zijn: in plaats daarvan hopen de wetenschappers genetisch gemodificeerde bacteriën als microscopische bouwstenen te gebruiken.
"In fysica- en engineeringtoepassingen kunnen deze bacteriën worden gebruikt als biologisch afbreekbaar materiaal voor optisch 3D-printen van sub-millimeter microstructuren, " legt Di Leonardo uit aan Furness. "Anderzijds zou dynamische controle van bacteriën kunnen worden benut voor in-vitro biomedische toepassingen voor het isoleren, sorteren en transporteren van grotere cellen voor analyse- of diagnostische doeleinden op het niveau van afzonderlijke cellen in geminiaturiseerde laboratoria."
