photokinetic E. coli - Mit Escherichia coli - Bakterien die Mona Lisa malen - italienische Forscher steuern die Geschwindigkeit und Dichte von Bakterien über Licht und gestalten damit Bilder

14.08.2018 23:30:04, Jürgen Auer, keine Kommentare

Kann man Millionen von Bakterien so steuern, daß sie sich "wie gewünscht" verhalten? Forschern der Sapienza University of Rome ist es gelungen, Bakterien so genetisch zu manipulieren, daß sich ihre Geschwindigkeit mit Licht steuern läßt.

Dann:

> ‘swimming bacteria, much like cars in city traffic, are known to accumulate in areas where their speed decreases,’ the scientists describe.‘by controlling swimming speed with proteorhodopsin, researchers can manipulate the local density of bacteria simply by projecting different patterns of light.’

So, wie sich Autos in der City stauen können, läßt sich auch die Konzentration von Bakterien an bestimmten Stellen erhöhen, indem die Geschwindigkeit abgesenkt wird. Das gelingt über bestimmte Lichtmuster.
.

italian scientists use bacteria to 'paint' the mona lisa

https://www.designboom.com/technology/mona-lisa-bacteria-italian-scientists-08-14-2018/

.
Den Artikel zu der Forschungsarbeit gibt es hier:

Dynamic density shaping of photokinetic E. coli

https://elifesciences.org/articles/36608

.
Aus dem Abstract:

> Here we demonstrate that millions of bacteria, genetically modified to swim smoothly with a light controllable speed, can be arranged into complex and reconfigurable density patterns using a digital light projector. We show that a homogeneous sea of freely swimming bacteria can be made to morph between complex shapes. We model non-local effects arising from memory in light response and show how these can be mitigated by a feedback control strategy resulting in the detailed reproduction of grayscale density images.

Millionen von Bakterien können in komplexen und veränderbaren Dichtemustern angeordnet werden. Über einen digitalen Licht-Projektor. Ausgangspunkt ist eine homogene schwimmende Menge von Bakterien, die zunächst gleichmäßig verteilt sein dürften.

Die Escherichia coli - Bakterien haben eine Art Propeller-Antrieb. Diese werden in der Zelle angetrieben, benötigen dafür aber Energie. Proteorhodopsin, ein Protein, wirkt wie eine Solarzelle.

> In cells powered by proteorhodopsin, the intensity of light from their environment determines their swimming speed: brighter light means faster movement, and less light, slower movement.

Helleres Licht sorgt für eine höhere Geschwindigkeit, weniger Licht führt zu einer Reduktion der Geschwindigkeit. Allerdings:

> The results showed that the bacteria responded slowly to these stimuli, which was the main factor limiting the resolution of the final pattern they formed.

Zuerst war das limitiert, weil die Bakterien relativ langsam auf die Lichtänderungen reagierten. Aber dann:

> A simple feedback mechanism, which compared the pattern formed by the cells to the desired image and updated the projected light accordingly, was enough to solve this problem.

Dann wurde ein Rückkoppelungsmechanismus eingebaut, der das aktuelle "Bakterienbild" mit dem gewünschten Bild abglich und das projizierte Licht anpaßte. Das genügte, um ein hinreichend genaues Bild zu produzieren.

Was kann man damit machen?

> This work allows us to control the movement of large populations of bacteria more precisely than ever before. This could be extremely valuable for building the next generation of microscopic devices. For example, bacteria could be made to surround a larger object such as a machine part or a drug carrier, and then used as living propellers to transport it where it is needed.

Damit lassen sich die Bewegungen großer Bakterienpopulationen weitaus besser als bisher beeinflussen. Damit könnten "mikroskopische Transporter" produziert werden.

Auf YouTube gibt es ein kleines Video, das heute hochgeladen wurde:

Dynamic density shaping of photokinetic E. coli

https://www.youtube.com/watch?v=8jWS4ji0KaY

Bei dem YouTube-Video ist auch auf den obigen Beitrag verlinkt.

*
* (wird nicht angezeigt)
Die Erläuterungen zum Datenschutz habe ich gelesen und stimme diesen zu.