Wetenschappers hebben ‘neonverlichting’ gemaakt die echt leeft. De verlichting bestaat uit miljoenen bacteriën.

Hoe hebben de onderzoekers het voor elkaar gekregen? In een notendop: ze verzamelden miljoenen bacteriën en hechtten een fluorescerend eiwit aan de biologische klok van de bacteriën, stemden de biologische klokken van bacteriën in één kolonie op elkaar af, zodat ze allemaal tegelijkertijd licht zouden geven en synchroniseerden vervolgens het ritme van de koloniën weer op elkaar af.

Biopixel
Eén kolonie bacteriën vormt een zogenoemd ‘biopixel’. Op een kleine chip kunnen al snel zo’n 500 biopixels worden gecreëerd. Grotere chips bieden ruimte aan 13.000 biopixels en bevatten tientallen miljoenen cellen.

Boven: een kleine chip met 500 biopixels. Onder: een grote chip met 13.000 biopixels. Foto's: UC San Diego.

E.coli
De onderzoekers maakten voor hun studie gebruik van de bacterie E. coli. Het afstemmen van al die bacteriën en vervolgens de koloniën viel nog niet mee. “Veel bacteriesoorten communiceren met behulp van quorum sensing,” legt onderzoeker Jeff Hasty. Met behulp van signaalmoleculen passen ze zichzelf aan hun omgeving aan. Maar deze methode bleek niet zo geschikt om meerdere koloniën op één lijn te krijgen. Het duurt namelijk te lang. Gelukkig ontdekten de wetenschappers een andere manier. Bacteriën geven gassen af. En door die gassen in een speciale chip ook met andere koloniën te delen, gaan de bacteriën zich op een vergelijkbare wijze gedragen. “De koloniën worden gesynchroniseerd met behulp van het gassignaal en de cellen worden gesynchroniseerd met behulp van quorum sensing.”

Gif
Maar welke functie heeft zo’n bijzondere vorm van verlichting nu? Wetenschappers weten het wel. Bacteriën zijn namelijk heel gevoelig voor organismen en gifstoffen in hun omgeving. Wanneer ze bijvoorbeeld in aanraking komen met arseen dan gaan ze zich anders gedragen. De frequentie waarmee de lichtgevende bacteriën ‘knipperen’ verandert en geeft een beeld van hoeveel arseen zich in de nabijheid van de bacteriën bevindt.

Voortdurend in de gaten houden
“Deze levende sensoren zijn heel interessant, want ze kunnen een bepaald monster gedurende lange tijd in de gaten houden.” En dat is bijzonder. De meeste andere methoden om gifstoffen op te sporen, worden namelijk maar eenmalig kort gebruikt. “Omdat de bacteriën op verschillende manieren op verschillende concentraties reageren door de frequentie waarmee ze knipperen te veranderen, kunnen ze ons voortdurend op de hoogte houden van hoe gevaarlijk een gifstof of ziekteverwekker op elk willekeurig moment is.”

De onderzoekers hebben hun studie gepubliceerd in het blad Nature.