Batteri come vernice vivente per dipingere ritratti microscopici con la luce

Università La Sapienza 13 Set 2018
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I ricercatori del Dipartimento di Fisica, in collaborazione con il Dipartimento di Biologia e l’Istituto di Nanotecnologia del Cnr, hanno dimostrato che è possibile realizzare ritratti utilizzando batteri geneticamente modificati come “vernice” vivente e la luce come pennello
Utilizzando un ceppo di Escherichia coli geneticamente modificato, i ricercatori del Dipartimento di Fisica, in collaborazione con il Dipartimento di Biologia e l'Istituto di Nanotecnologia del Cnr, hanno osservato come questi batteri si accumulano laddove lo spazio di movimento è ridotto, proprio come accade alle auto che nel traffico cittadino si raccolgono in aree dove la loro velocità diminuisce. Sfruttando questa capacità, il team ha realizzato riproduzioni quasi perfette di immagini complesse, come a esempio la Gioconda di Leonardo.

Alcuni batteri, fra cui gli E. coli, sono noti per essere dei fantastici "nuotatori": sono in grado infatti di spostarsi di distanze pari a dieci volte la propria lunghezza in meno di un secondo. Hanno eliche alimentate da un nanomotore elettrico. Normalmente, i batteri ricaricano “la batteria” che alimenta questo motore con un processo che richiede ossigeno. Diversamente, alcuni microrganismi oceanici possono utilizzare la luce come fonte di energia alternativa per il movimento. Per fare ciò essi usano una proteina, chiamata proteorodospina, che si trova sulla superficie della cellula, dove agisce come un pannello solare catturando l'energia dalla luce. Nelle cellule alimentate dalla proteorodopsina, l'intensità della luce determina la loro velocità di nuoto: un’illuminazione più intensa risulta in un movimento più veloce e viceversa.

Sfruttando questa peculiarità, i ricercatori hanno utilizzato E. coli geneticamente modificati per produrre proteorodospina come vernice vivente per dipingere ritratti microscopici con la luce. Nello specifico, per superare i limiti di risoluzione, dovuti alla lenta risposta dei batteri agli stimoli luminosi, hanno sviluppato algoritmi iterativi per la progettazione di pattern luminosi ottimali: in questo modo è stato possibile trasformare sospensioni omogenee di batteri in riproduzioni quasi perfette di immagini complesse.

"Questo studio - commenta Roberto di Leonardo, coordinatore dello studio - suggerisce diverse prospettive di ricerca. Dal punto di vista della scienza dei materiali, questo batterio potrebbe essere usato come elemento costitutivo di microstrutture viventi che potrebbero essere plasmate con la luce e utilizzate, per esempio, come microsensori. Inoltre, si potrebbero considerare applicazioni in microrobotica e in biomedicina. La possibilità di riconfigurare milioni di cellule mediante pattern di luce potrebbe fornire nuove strategie per trasportare e selezionare singole cellule all'interno di laboratori miniaturizzati”.

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