Bacteriën die reageren op rood, groen en blauw licht hebben een aantal opvallende driekleurenkunstwerken opgeleverd die online de ronde doen, maar de bijdrage die ze leveren aan de synthetische biologie is nog indrukwekkender.

De kunstzinnige bacteriën zijn ontwikkeld door Chris Voigt, hoogleraar biologische technologie aan het Massachusetts Institute of Technology, en zijn team, die cellen willen programmeren om functies uit te voeren en ook materialen van onderaf willen bouwen.

"Cellen zijn ongelooflijke atomaire architecten. Ze zijn in staat om zeer precieze materialen te bouwen die je niet kunt doen met chemie, "Zegt Voigt. "En je kunt het doen in omgevingscondities in plaats van giftige oplosmiddelen te gebruiken." Ze publiceerden hun studie deze week in Nature Chemical Biology.

Gemanipuleerde bacteriën kunnen ons op allerlei manieren helpen. Ze kunnen worden ontworpen om weefsel of materialen te bouwen, of ziekte bij een patiënt identificeren en een exacte dosis medicijn op de juiste plek toedienen. Ze kunnen de wortels van een plant in de grond zwermen en een precieze hoeveelheid kunstmest afgeven. Ze kunnen ijzerdeeltjes produceren als ze groeien, die componenten in elektronica zouden kunnen worden die een hybride zijn van biologie en machine.

Een baassysteem voor het programmeren van cellen

Om die toekomst te realiseren, wetenschappers moeten beter worden in het programmeren van cellen. Dat is waar deze nieuwste techniek, een RGB-systeem genoemd - voor rood, groen en blauw — komt binnen. Het bouwt voort op meer dan tien jaar onderzoek in het lab van Voigt, vooral, een project dat hij in 2005 publiceerde, die een manier beschreef om Escherichia coli bacteriën om zwart-witfoto's te maken.

Het zwart-witsysteem van 2005 bestond uit vier genen, 4, 000 basenparen (de CG- en AT-basen in een dubbelstrengs molecuul), en drie stukjes DNA, promotors genaamd, die de eerste actie initiëren die een gen onderneemt om zijn instructies in een product om te zetten, zoals een eiwit.

Sindsdien zijn de zaken ingewikkelder geworden.

Het RGB-systeem van het team bestaat uit 18 genen, 14 promotors, evenals andere stukjes DNA die terminators en plasmiden worden genoemd, en 46, 198 basenparen.

"In een zin, het gaat van één golflengte van licht naar drie, maar omdat je dat allemaal in de cel doet, het wordt exponentieel moeilijk om veel dingen goed te laten werken, en dat vergde veel technologie, ' zegt Voigt.

De technologie om de cellen te programmeren omvatte optogenetica (een manier om cellen met licht te controleren), een programmeertaal voor cellen genaamd Cello die Voigt en zijn team vorig jaar ontwikkelden, en een nieuwe methode voor het controleren van genfuncties die bekend staat als CRISPR.

Met behulp van deze en andere hulpmiddelen uit de synthetische biologie, ze ontwierpen een cel met de volgende onderdelen:

• Een sensorarray gemaakt van fytochromen, de lichtreceptoren in planten
• Een genetisch circuit dat de lichtsignalen verwerkt
• Een component genaamd een resource allocator die het circuit verbindt met een actuator die verantwoordelijk is voor het produceren van een rode, groen of blauw pigment

De cel kon de drie kleuren licht voelen, de informatie verwerken met de genetische circuits en, omdat de wetenschappers in staat waren om te bepalen wat de genen met de informatie deden - hoe ze het uitdrukten - produceerden de cellen rood, groente, en blauw pigment.

In een petrischaal, de microben "schilderden" een fruitstilleven, een geometrisch hagedismotief en een springende Super Mario.