Syntetisk biolog Tal Danino manipulerer mikroorganismer i sit laboratorium for at skabe iøjnefaldende, farverige mønstre. Her er et kig på den proces, han bruger til at forvandle “Oh, yuck” til “Oh, wow.”

Syntetisk biolog Tal Danino vasker sine hænder konstant, hvilket er en af arbejdsrisiciene ved at arbejde med bakterier hele dagen i Synthetic Biological Systems Lab, som han leder på Columbia University i New York City. Danino, der er TED Fellow, bruger det meste af sin tid på at forsøge at udnytte bakteriers unikke egenskaber – de samme egenskaber, som kan gøre dem så farlige for mennesker – og gøre dem til effektive kræftbekæmpere. Men når han ikke programmerer bakterier til at bekæmpe kræft, programmerer han dem til at lave kunst, bl.a. for at gøre vanskelige videnskabelige principper mere tilgængelige. “Det er rart at bruge billedkunst til at hjælpe med at formidle videnskab”, siger han, “og det skyldes, at kunst virkelig overskrider sprogets og også vidensgrænserne”. Daninos seneste kreative bestræbelser omfatter en feministisk installation af bakteriekulturer taget fra 100 kvinders kroppe (som han samarbejdede med konceptkunstneren Anicka Yi om), samt en serie af keramiske fade inspireret af naturligt forekommende bakteriemønstre (et samarbejde med kunstneren og fotografen Vik Muniz). Til sit seneste projekt, Microuniverse, producerede han en række blændende, abstrakte billeder, der er skabt af forskellige bakteriearter, som hver især er dyrket under forskellige forhold i varierende tidsrum. “Projektet handler om at få øje på dette usynlige univers, der er virkelig lille, og som er overalt omkring os hver dag”, siger han. Her beskriver han nogle af sine mærkeligt smukke projekter.

Bakteriernes fascinerende æstetik

Hver dag observerer Danino de indviklede mønstre, som bakterier danner i dusinvis af petriskåle i sit laboratorium. Når deres celler vokser, deler sig og kommunikerer med hinanden, organiserer de sig selv i kolonier for at maksimere deres chancer for at overleve. De mønstre, de danner, er bestemt af både deres genetiske sammensætning og deres miljø. Danino og hans team valgte bakterier, som er kendt for at skabe bestemte mønstre – E. coli vokser f.eks. naturligt som en fraktal, mens Proteus mirabilis vokser som koncentriske ringe – samt interessante bakterier fra jordprøver fra hans egen baghave, og begyndte at eksperimentere med at kontrollere deres vækstmønstre. I sidste ende håber han, at hvis de bedre kunne forstå, hvordan naturen former adfærd og mønstre i bakterier, kunne det til gengæld inspirere deres arbejde med at udvikle dem til at bekæmpe kræft.

Ændre miljøet, ændre designet

Ved at ændre de forhold – som temperatur og fugtighed – under hvilke bakterierne dyrkes, fandt Danino ud af, at han kunne manipulere dem til at skabe bestemte mønstre. For eksempel er den optimale temperatur for vækst af mange bakterier 37 grader Celsius, hvilket ikke overraskende er temperaturen i den menneskelige krop. Hvis det er varmere eller koldere end 37 grader, vil bakterievæksten simpelthen blive langsommere. Fugtighed påvirker bakterierne på en anden måde: Jo tørrere omgivelserne er, jo mere tilbøjelige er bakterierne til at gruppere sig sammen for at bevare fugtigheden. Ændring af koncentrationen af agargel – vækstmediet for bakterier – på petriskålen påvirker også mønsterdannelsen, siger Danino. Jo blødere gelen er, jo hurtigere spreder bakterierne sig over et større område.

Venter og ser

Når Danino har indstillet de indledende betingelser, lader han bakterierne vokse og venter på resultaterne. Han har brugt omkring 20 forskellige bakteriearter til Microuniverse og ladet dem vokse i så få som to dage og så længe som to måneder. Uanset de betingelser, de er opvokset under, “har hver enkelt bakterie en naturlig præference for en type mønster”, siger han. “Og det har noget at gøre med de særlige forhold, der gør, at bakterier svømmer, og hvordan de kommunikerer med hinanden. De har hver især deres egen personlighed, om man vil.”

Kolonier af farver

Det er standard for forskere at bruge kemiske farvestoffer til at indsamle oplysninger om en bakteries struktur. Hvis de f.eks. ønsker at skelne Streptococcus pyogenes fra E. coli, farver de en skål for at afsløre cellernes form, så de kan identificere dem visuelt. “Forskere ser for det meste kun på billeder med en enkelt farve,” siger Danino, “så vi har bare spillet ud fra det.” Ud over traditionelle videnskabelige farvestoffer eksperimenterede han også med at bruge madfarve på agaren såvel som på selve bakterierne. Han prøvede også forskellige farvekombinationer for at opnå en gradienteffekt, som på dette billede ovenfor.

Eksponering af et usynligt univers

“Hvert indrammet billede eller hver petriskål er sin egen lille verden”, siger Danino. “Disse mønstre ligner noget, som man kan se i et snefnug, noget, som man kan se under vandet.” Med hver petriskål sigter projektet mod at repræsentere sit helt eget abstrakte univers. “Jeg begyndte at se disse petriskåle, og jeg tænkte: “Hold da op, det ligner noget, man kan se i det ydre rum.” Deraf navnet Microuniverse.

Processen med molekylær kloning

Daninos kunstprojekter er noget, han laver i sin fritid. Hans dage er optaget af arbejde inden for syntetisk biologi, et relativt spirende videnskabeligt område, som i bred forstand går ud på at manipulere levende organismer for at opnå en ønsket adfærd. I sit laboratorium redigerer og programmerer Danino bakterier ved hjælp af en proces, der kaldes molekylær kloning. Efter at have identificeret, hvilke gensekvenser der skaber en bestemt biologisk funktion i en type bakterie, kan han og hans team isolere disse sekvenser, forstærke dem i laboratoriet og derefter indsætte dem i DNA’et i den bakterie, som de ønsker skal udvise den pågældende funktion. “I dag kan du faktisk indtaste sekvensen online, og et firma vil producere sekvensen syntetisk og sende den til dig i et rør,” siger Danino.

Nytte dens potentiale mod kræft

For nylig har Danino og hans team udviklet bakterier – de har arbejdet med E.coli, et probiotisk E.coli-probiotikum og Salmonella – til at opdage og behandle kræft. Det er bemærkelsesværdigt, at bakterier kan vokse inde i tumorer, hvor selv immunsystemet ikke kan nå hen, og de kan også programmeres til at producere forskellige toksiner, der forårsager tumorcelledød. Ved hjælp af molekylær kloning forsøger Danino at programmere bakterier til at opdage og afsløre tumorer i kroppen og også til at frigive kræftbekæmpende toksiner, når de først er inde i dem. “Det er næsten som en trojansk hest-situation”, forklarer han. “Bakterierne kommer ind i tumoren, og så begynder de at producere stoffet, og så kan tumoren faktisk blive langsommere eller gå i forfald.”

En visuel indgang til videnskaben

Danino håber, at projekter som Microuniverse vil inspirere folk til at lære mere om den komplekse mikrobielle verden omkring – og inde i – os og vise dem, at bakterier kan bruges til positive formål, f.eks. til at bekæmpe kræft. “Det er virkelig svært at lære folk om DNA og proteiner og molekylær kloning”, siger han. “Men jeg tror, at når man ser et billede, uanset hvilken baggrund man har, så tiltrækker det en til at lære mere om videnskaben.” Hvad er det næste for projektet: Danino har indgået et samarbejde med virksomheden Print All Over Me om at skabe specialfremstillede beklædningsgenstande baseret på billederne af bakterier fra Microuniverse (en del af indtægterne vil gå til kræftforskning). Han håber også at fortsætte med at turnere med Microuniverse, som vil blive udstillet på MIT senere i 2017. Hans laboratorium arbejder også på at optage time-lapse-videoer af bakterievæksten, hvilket betyder, at E. coli måske snart kommer til en biograf nær dig.

Alle billeder: Alle billeder: Soonhee Moon.