اشکال باکتریایی مهندسی شده توسط نور کلید آزمایشگاه روی تراشه

مطابق مطالعه جدیدی در نشریه eLife، دانشمندان از الگوهای نوری برای کنترل سرعت حرکت باکتری‌ها و هدایت آنها بمنظور تشکیل اشکال مختلف استفاده کرده‌اند.

تصویر فوق، نمونه میلیمتری دقیقی از اثر مونالیزا لئوناردو داوینچی است که توسط نزدیک به یک میلیون باکتری E. coli که بمنظور پاسخ به نور از جهت ژنتیکی مهندسی شده‌بودند، تشکیل شده‌است.

کنترل باکتری‌ها با این روش، بدین معنی است که استفاده از آنها بعنوان قطعاتی در اندازه میکرو برای ساخت نسل بعدی ابزارهای میکروسکوپی، ممکن خواهد بود. برای مثال، می‌توان آنها را وادار به احاطه اشیاء بزرگتر مانند قسمتی از یک دستگاه یا یک حامل دارو کرد؛ و سپس بعنوان پیشرانه‌های زنده بمنظور انتقال آنها به محل مورد نیاز، استفاده کرد.

باکتری اشرشیا کولای (E. coli) بعنوان شناگرهای خارق‌العاده‌ای شناخته می‌شوند. آنها می‌توانند مسافتی ده برابر اندازه خود را در عرض یک ثانیه طی کنند. آنها پیشرانه‌هایی دارند که تامین انرژی آن برعهده یک موتور است، و آنها معمولا این موتور را با فرآیندهایی که اکسیژن نیاز دارد، دوباره شارژ می‌کنند. اخیرا دانشمندان پروتئینی (پروتئورودوپسین) در باکتری‌های ساکن اقیانوس یافته‌اند که آنها را قادر می‌سازد پیشرانه‌ی خود را با نور دوباره شارژ کنند. با مهندسی انواع دیگر باکتری‌ها بمنظور کسب پروتئورودوپسین، قرار دادن یک “پنل نوری” بر روی هر سلول باکتریایی و کنترل سرعت حرکت آن از راه دور و توسط نور، ممکن خواهد بود. Giacomo Frangipan، مولف ارشد مطالعه از دانشگاه رم ایتالیا می‌گوید:

باکتری‌های شناگر همانند افراد پیاده‌ای که در مواجهه با یک جمعیت یا خودروهایی که در ترافیک قرار دارند، سرعت خود را کاهش می‌دهند، زمان بیشتری در مناطق آهسته‌تر در مقایسه با مناطق سریع‌تر صرف می‌کنند. ما قصد داشتیم تا از این پدیده بمنظور شکل دادن به تجمع باکتری‌ها توسط نور، بهره برداری کنیم.

مقاله مرتبط: تولید اشکال جدید بافتی با واسطه‌ی نور

بدین منظور، Frangipane و تیم وی نور را از یک پروژکتور از طریق یک لنز میکروسکوپی ارسال کردند و نور را با وضوح بالا شکل دادند. سپس این مورد را بررسی کردند که باکتری E. coli چگونه با عبور از مناطقی که تابش نور متفاوت دارد، سرعت خود را تغییر می‌دهد.

آنها نور را بصورت یکپارچه بر روی یک لایه از سلولهای باکتریایی بمدت ۵ دقیقه پیش از قرار دادن آنها در مقابل الگوهای نوری پیچیده‌تر، تاباندند –یک تصویر منفی از Mona Lisa. آنها دریافتند باکتری‌ها در مناطق تاریک با خارج شدن از مناطق روشن‌تر، شروع به تجمع کردند. پس از چهار دقیقه، یک نمونه قابل تشخیص از اثر Mona Lisa لئوناردو داوینچی با مناطق واضح‌تر بدلیل مناطق تجمع باکتری‌ها، دیده می‌شد.

با اینکه شکل تشکیل شده توسط باکتری‌ها قابل تشخیص بود، تیم تحقیق دریافت E. coli مهندسی شده، پاسخ آهسته‌ای به تغییرات نور داشت که به تشکیل ناواضح شکل هدف منجر شد. بمنظور برطرف ساختن این مورد، آنها از یک حلقه کنترل فیدبکی بر پایه مقایسه شکل تشکیل شده توسط باکتری‌ها با تصویر هدف در هر ۲۰ ثانیه، استفاده کردند که الگوی نور با توجه به آن به هنگام‌سازی می‌شد. این رویکرد، یک الگوی نوری ایجاد کرد که تجمع سلول‌ها را با دقت بیشتری شکل می‌بخشد. نتیجه، تشکیل یک لایه‌ی “فوتوکینتیک” از سلولهای باکتریایی است که می‌تواند به نمونه بی عیب از یک تصویر سیاه و سفید پیچیده تبدیل شود.

Roberto Di Leonardo، دانشیار دپارتمان فیزیک در دانشگاه رم اذعان دارد:

ما نشان دادیم که چگونه تعلیق حرکت باکتری‌ها می‌تواند به سطح جدیدی از مواد فعال کنترل شونده توسط نور منجر شود که تراکم آنها بصورت دقیق، تغییر پذیر و سریع با یک پروژکتور نوری با قدرت پایین می‌تواند شکل گیرد. با مهندسی بیشتر، باکتری می‌تواند بمنظور ایجاد ساختارهای بیومکانیکی محکم یا میکروابزارهای جدیدی با هدف انتقال محموله‌های بیولوژیکی کوچک به درون آزمایشگاه مینیاتوری، مورد استفاده قرار گیرد.

[kkstarratings]