Naukowcy z Cambridge rozgryźli kod genetyczny odpowiadający za kolor strukturalny, czyli za najbardziej intensywne i trwałe odcienie spotykane w naturze. To pierwsza tego typu praca naukowa na świecie. Jej autorzy uważają, że znaleźliśmy się tym samym na prostej drodze do biodegradowalnych farb, utworzonych nie ze środków chemicznych, ale z wyhodowanych na powierzchni kolonii bakterii.
Kolonia Flavobacterium IR1 i jej piękne metaliczne odcienie. Fot. dr Colin Ingham (Hoekmine BV)
Świat naukowy od dawna już zachwycał się kolorem strukturalnym, czyli kolorem uzyskanym nie dzięki pigmentom, blaknącym pod wpływem światła, ale dzięki specyficznej nanostrukturze odbijającej światło o określonej długości fali. Tę naturalną sztuczkę wykorzystują niektóre ptaki (np. paw) oraz motyle, dzięki czemu uzyskane przez nie odcienie są tak żywe i nigdy nie bledną.
I choć nanostruktury, odpowiadające za trwały kolor, zostały już zbadane, nie mieliśmy dotychczas biologicznych narzędzi, aby je wytwarzać. To się właśnie zmieniło. Opublikowany w czasopiśmie PNAS artykuł brytyjskich i holenderskich naukowców to pionierska praca naukowa dotycząca genetyki koloru strukturalnego, otwierająca drogę do badań genetycznych wielu różnych organizmów używających tej „technologii” – oraz do ich wykorzystania w przemyśle.
Pierwsze na świecie takie badanie
Publikacja to owoc współpracy między University of Cambridge oraz holenderską firmą Hoekmine BV. Naukowcy pokazali, w jaki sposób geny zmieniają kolory i ogólny wygląd pewnego rodzaju bakterii. W efekcie, jak twierdzą, zyskujemy możliwość wykorzystania tych mikroorganizmów do produkcji na wielką skalę nanostrukturalnych materiałów. Na przykład biodegradowalnych, nietoksycznych farb – wyhodowanych na powierzchni, nie wytworzonych.
Bakterie, które poddano badaniom w ramach eksperymentu, to Flavobacterium. Tworzą one kolonie, charakteryzujące się efektownymi odcieniami metalicznymi, uzyskanymi właśnie dzięki nanostrukturze zbudowanej z mikroorganizmów w ramach kolonii. Naukowcy postanowili stworzyć mapę genów odpowiedzialnych za tę zdolność samoorganizacji. Jak podkreśla Villads Egede Johansen z Wydziału Chemii Uniwersytetu Cambridge, jest to przykład pierwszego na świecie systematycznego badania genów stojących za kolorem strukturalnym – nie tylko u bakterii, ale w ogóle w jakichkolwiek organizmach żywych.
Mutacje zmieniające kolor
Naukowcy dokonywali różnych mutacji materiału genetycznego bakterii Flavobacterium, a następnie porównywali informację genetyczną „dzikich” oraz zmutowanych kolonii bakterii z ich właściwościami optycznymi i anatomią. Pomogło im to zrozumieć, które geny i w jaki sposób determinują odcień kolonii.
Dokonując mutacji, naukowcy zmienili rozmiary oraz zdolność bakterii do poruszania się, a to z kolei wpłynęło na geometrię kolonii. Zmiana geometrii zaś pociągnęła za sobą zmianę koloru: udało im się w ten sposób przejść od oryginalnego zielonego odcienia przez całe spektrum barw, przez niebieski aż do czerwonego. Byli też w stanie uzyskać bardziej wyblakłe barwy lub sprawić, że kolor zniknął całkowicie.
Wyhoduj dowolny odcień i efekt!
Jak wyjaśnia dr Colin Ingham, główny autor publikacji i dyrektor generalny Hoekmine BV, w ramach eksperymentu wykryli kilka genów o nieznanych wcześniej funkcjach i skojarzyli je ze zdolnościami samoorganizacji oraz kolorem. Inna autorka pracy, dr Silvia Vignolini z Wydziału Chemii University of Cambridge, zwróciła uwagę na możliwości praktycznego wykorzystania tego odkrycia:
Jeśli chodzi o zastosowania, ten system bakteryjny pozwala nam uzyskać sterowalne żywe fotonowe struktury, które można hodować w ogromnych ilościach, co byłoby alternatywą dla tradycyjnych metod nanofabrykacji. Sądzimy, że takie kolonie bakteryjne można będzie wykorzystać w roli fotonowych pigmentów, których kolorem można będzie sterować poprzez zewnętrzne bodźce, przystosowując je do zmiennego środowiska. To prosta droga do biodegradowalnych farb na naszych samochodach i ścianach – wystarczy wyhodować na powierzchni dokładnie ten kolor i efekt, na którym nam zależy!
Źródło: University of Cambridge
