Ученые воссоздают знаменитые картины, используя бактерий вместо краски (6 фото + 1 видео + 1 гиф)
Группа ученых использовала генетически модифицированных бактерий длдя создания микроскопических шедевров, включая копию знаменитого портрета Моны Лизы работы Леонардо да Винчи.
Знаменитый потрет был воссоздан с использованием миллионов бактерий кишечной палочки Escherichia coli, чувствительных к стимуляции светом. Это те самые бактерии, которые вызывают у человека пищевое отравление.
Исследователи также создали с помощью бактерий портреты двух знаменитых ученых - Альберта Эйнштейна и Чарльза Дарвина. Сначала они воспроизвели бактериями портрет Эйнштейна, а затем, меняя освещенность, превратили его в портрет создателя эволюционной теории. Ученые надеются, что, научившись контролировать этих крошечных существ, они, в конечном итоге, сумеют создать микроскопические средства транспортировки или даже научиться печатать 3D-модели, используя бактерий.
Ученые из Римского университета генетически модифицировали бактерий таким образом, что в их клетках появился белок протеородопсин, который содержится в организме бактерий, живущих в океане, и заставляет их реагировать на свет. Они химически связали его со жгутиком бактерий, что заставляло их быть активнее и быстрее двигаться в тех местах, где больше света. Двигаясь быстрее в ответ на освещенность, бактерии создают своим постоянным движением сложные геометрические формы, которые складываются в портреты.
Джакомо Франжипане, ведущий автор исследования, объясняет: "Подобно тому, как пешеходы в толпе замедляют движение, или машины останавливаются в пробке, плавающие бактерии проводят больше времени в "медленных" зонах, чем в "быстрых". Мы решили использовать это явление и проверить, сможем ли бы, используя свет, формировать концентрацию бактерий нужным нам образом". Используя проектор, светивший сквозь линзу микроскопа, ученые следили за тем, как бактерии меняют скорость, проплывая через зоны с различной освещенностью. Затем, организовав необходимую подсветку, они сформировали портрет Моны Лизы, группируя бактерии светом. На создание портрета у кишечной палочки ушло около 10 минут с учетом того, что эта бактерия - достаточно быстрая и способна за секунду проплыть расстояние, в десять раз превышающее длину ее тела.
Как и предполагали ученые, в темных частях портрета бактерии двигались медленнее и, в результате, концентрировались там в больших количествах. А в более освещенных зонах они, соответственно, двигались быстрее и скорее покидали их.
Портрет Моны Лизы был выбран для эксперимента из-за своей узнаваемости и одновременно сложности создания: многочисленные переходы красок требовали от экспериментаторов большого тщания. А портреты Эйнштейна и Дарвина ученые выбрали потому, что сочли их символами стирания границ между физикой и биологией - что, собственно, делает и их эксперимент.
Роберто де Леонардо, один из участников проекта, рассказал журналистам: "Мы видели в нашем исследовании два главных направления. Одно больше касалось материальной стороны науки. Эти бактерии способны создавать живые строительные блоки функциональных микроструктур, которые можно легко собирать с помощью света и использовать, к примеру, в качестве микросенсоров. Но есть и еще одна сторона, касающаяся микроскопической робототехники и биомедицины. Приручив миллионы бактерий с помощью освещения, мы получим неограниченные возможности для манипуляций, транспортировки и сортировки отдельных клеток в микроскопических лабораториях на уровне компьютерного чипа. В ходе этого эксперимента мы продемонстрировали создание заданных форм с помощью бактерий в 2D. В дальнейшем, как мы полагаем, продолжая работать с одноклеточными организмами и создав некоторое подобие "клея", мы сможем, слой за слоем, создавать 3D-модели и даже использовать их для 3D-печати".
В прошлом году ученым из Калифорнии уже удалось воспроизвести портрет Моны Лизы с использованием метода "ДНК-оригами". Тогда они создали самую маленькую в историю копию знаменитой картины размером 0,5 квадратного микрометра, или размером приблизительно с одну бактерию e-coli.
Метод ДНК-оригами основан на манипуляциях частицами генетического кода, которые собираются в нужную форму. Все знают, что ДНК кодирует генетическую информацию о каждом живом существе, но не каждый в курсе, что это еще и прекрасный химический строительный материал. Ученые из Калифорнийского технологического института создали компьютерную программу, которая, взяв копи картины, к примеру, портрета Моны Лизы, разбивает ее на микроскопические квадратные участки и определяет последовательности ДНК, необходимые для точного воссоздания каждого из этих маленьких участков. Следующей задачей стало заставить эти квадраты самостоятельно собраться в глобальную структуру - копию заданной картины. Ключом к успеху стала сборка квадратов по частям, подобно тому, как это делают сборщики паззлов, отдельно собирая небольшие участки, постепенно объединяя их во все более крупные зоны, пока из них, наконец, не сложится цельная картина.
История ДНК-оригами насчитывает уже больше десяти лет. Впервые Пол Ротемунд из Калифорнийского технологического института придумал, как заставлять участки ДНК создавать любые заданные формы, еще в 2006 году. Эта техника стала настоящей революцией в мире нанотехнологий. Однако настоящей проблемой стало создание из участков ДНК более крупных форм. Но и на этом пути ученые уже достигли значительных успехов: так, портрет Моны Лизы, собранный калифорнийскими учеными в рамках последнего по времени эксперимента, был по размеру в 64 раза больше, чем первое ДНК-оригами Пола Ротемунда.