Met een genschakeling in het DNA van de E. coli (a) zijn ruimtelijke structuren met gouddeeltjes te kweken (b) die onderdelen zouden kunnen zijn van een levende ic (c) (afb: Duke-univ.)

Als er druk op wordt uitgeoefend, gaat er licht branden, hoe hoger de druk hoe meer licht. Deze druksensor is bijzonder, want (mede) gebouwd door bacteriën. Door het DNA van het beestje aan te passen, maakte de bacterie structuren met minuscule gouddeeltjes, de basis voor de sensor. 
Zo gek is het natuurlijk niet dat dode en levende materialen gecombineerd worden. Mossels bouwen zo hun schelp en botcellen gebruiken kalk om ons beenderstelsel ‘materie’ te geven. “De natuur is een meester in het maken van gestructureerde materialen, die uit levende en dode bestanddelen bestaan”, zegt Lingchong You van de Amerikaanse Duke-universiteit. “Ons onderzoek toont aan dat de natuur is te programmeren om bepaalde structuren aan te maken

Voor hun proefnemingen gebruikten de onderzoekers de uit de wetenschap welbekende proefbacterie Escherichia coli (E. coli). Ze maten het micro-organisme een genenpakket aan dat als een programma fungeert. De bacterie maakt daardoor eerst het enzym T7-RNA-polymerase aan. Dat enzym katalyseert de aanmaak van de signaalstof AHL (acyl-homoserinelacton). Terwijl de bacteriecellen groeien en zich vermeerderen bereikt de AHL-concentratie op een gegeven moment een kritische waarde. Dan wordt de stof Curli gevormd, dat zich aan anorganische verbinding kan hechten als een soort klittenband. In dit geval praten we over gouddeeltjes.
De bacteriekolonie groeit onder normale toestanden door tot een gewelfd bouwwerk. De bacteriën aan de buitenkant maken dat biologische klittenband aan. Als dan de gouddeeltjes worden toegevoegd, worden die gevangen door de Curli-moleculen. In de proeven kregen die bacteriebouwwerken de grootte van een zomersproet. De grootte en de vorm van die kolonie was ook te beïnvloeden, onder meer door de voeding.

Zelforganisatie

“We hebben ruimtelijke structuren gemaakt die gebaseerd zijn op zelforganisatie. Die kunnen dan als geraamte dienen voor een onderdeel met bepaalde eigenschappen”, zegt medeonderzoeker Stefan Zauscher. Om dat te tonen maakten de onderzoekers van de bacteriestructuren een druksensor. Ze kweekten op twee ondergronden identieke structuren. Die twee werden vervolgens zo gecombineerd dat elk deel met zijn evenknie op de andere structuur werd geplaatst. Vervolgens werd de twee overeenkomstige delen met elkaar verbonden door dunne koperdraadjes die op een lichtdiode werden aangesloten.
Als er nu druk op deze ‘sandwich’ werd uitgeoefend, dan werden de structuren samengedrukt waardoor er een stroompje ging lopen (ik neem aan dat het hier gaat om een piëzo-elektrisch effect): hoe hoger de druk hoe groter de lichtsterkte. We hebben hier te maken met een druksensor.
Het gaat, benadrukken de onderzoekers, om een demonstratiemodel. De mogelijkheden van dit idee zouden talrijk zijn. Zo zou het mogelijk worden om levende schakelingen te maken. Zolang de bacteriën in leven blijven zijn er combimaterialen mogelijk die zichzelf kunnen repareren en die kunnen reageren op veranderingen in de omgeving.

De onderzoekers willen nu proberen te achterhalen hoe ze de bacteriekolonie kunnen verleiden tot bepaalde vormen uit te groeien. You: “We weten nu nog niet hoe je dat moet programmeren.”

Bron: bdw