Tal Danino szintetikus biológus laboratóriumában mikroorganizmusokat manipulál, hogy szemet gyönyörködtető, színes mintákat hozzon létre. Íme egy pillantás az eljárásra, amellyel a “Jaj, de undorító”-t “Ó, hűha”-vá változtatja.”

Tal Danino szintetikus biológus folyamatosan kezet mos, ami az egyik foglalkozási ártalom, ha egész nap baktériumokkal dolgozik a Szintetikus Biológiai Rendszerek Laboratóriumában, amelyet a New York-i Columbia Egyetemen vezet. Danino, a TED ösztöndíjasa, ideje nagy részét azzal tölti, hogy megpróbálja hasznosítani a baktériumok egyedi tulajdonságait – ugyanazokat a tulajdonságokat, amelyek az emberre nézve olyan veszélyessé tehetik őket -, és erőteljes rákellenes szerekké alakítani őket. Amikor azonban nem a rák elleni küzdelemre programozza a baktériumokat, akkor arra programozza őket, hogy művészetet alkossanak, részben azért, hogy a bonyolult tudományos elveket közérthetőbbé tegye. “Jó dolog a képzőművészet segítségével kommunikálni a tudományt” – mondja – “mert a művészet valóban túllép a nyelv és a tudás határain”. Danino közelmúltbeli kreatív törekvései közé tartozik egy feminista installáció, amely 100 nő testéből vett baktériumtenyészeteket tartalmaz (amelyhez Anicka Yi konceptuális művésszel működött együtt), valamint egy kerámiaedény-sorozat, amelyet a természetben előforduló baktérium-minták ihlettek (Vik Muniz művésszel és fotóművésszel együttműködve). Legutóbbi, Microuniverse című projektjéhez káprázatos, absztrakt képsorozatot készített különböző baktériumfajok által létrehozott, különböző körülmények között, különböző ideig növesztett képekből. “A projekt arról szól, hogy megismerjük ezt a láthatatlan univerzumot, amely igazán kicsi és minden nap körülöttünk van” – mondja. Itt ismerteti néhány furcsán szép projektjét.

A baktériumok lenyűgöző esztétikája

Danino minden nap megfigyeli a bonyolult mintákat, amelyeket a baktériumok tucatnyi Petri-csészében alkotnak a laboratóriumában. Ahogy sejtjeik növekednek, osztódnak és kommunikálnak egymással, önszerveződő kolóniákba rendeződnek, hogy maximalizálják túlélési esélyeiket. Az általuk kialakított mintázatokat genetikai állományuk és környezetük egyaránt meghatározza. Danino és csapata olyan baktériumok kiválasztásával, amelyekről ismert, hogy bizonyos mintázatokat hoznak létre – például az E. coli természetes módon fraktálként növekszik, míg a Proteus mirabilis koncentrikus gyűrűk formájában -, valamint a saját kertjében vett talajmintákból származó érdekes kinézetű baktériumok kiválasztásával kezdett kísérletezni a növekedési mintázatuk szabályozásával. Végső soron azt reméli, hogy ha jobban meg tudnák érteni, hogyan alakítja a természet a baktériumok viselkedését és mintázatát, az viszont inspirálhatná őket a rák elleni küzdelemhez szükséges mérnöki munkájukban.

Változtasd meg a környezetet, változtasd meg a tervezést

A baktériumok tenyésztési körülményeinek – például a hőmérséklet és a páratartalom – megváltoztatásával Danino úgy találta, hogy képes volt manipulálni őket, hogy bizonyos mintázatokat hozzanak létre. Például sok baktérium optimális növekedési hőmérséklete 37 Celsius-fok, ami nem meglepő módon az emberi test hőmérséklete. Ha 37 foknál melegebb vagy hidegebb van, a baktériumok növekedése egyszerűen lelassul. A páratartalom másképp hat a baktériumokra: minél szárazabb a környezet, annál valószínűbb, hogy a baktériumok csoportosulnak a nedvesség megőrzése érdekében. Az agargél – a baktériumok növekedési közege – koncentrációjának megváltoztatása a Petri-csészében szintén befolyásolja a mintázódást, mondja Danino. Minél lágyabb a gél, annál gyorsabban terjednek a baktériumok egy nagyobb területen.

Várj és figyelj

Mihelyt Danino beállította a kezdeti feltételeket, hagyja a baktériumokat növekedni, és várja az eredményeket. A Microuniverse számára mintegy 20 különböző baktériumfajt használt, és hagyta őket növekedni akár két napig, de akár két hónapig is. Függetlenül attól, hogy milyen körülmények között nevelték őket, “minden baktériumnak van egy természetes preferenciája egyfajta minta iránt” – mondja. “Ennek pedig köze van a baktériumok úszásának és egymással való kommunikációjának sajátosságaihoz. Mindegyiküknek megvan a maga személyisége, ha úgy tetszik.”

Színek kolóniái

A tudósoknál bevett szokás, hogy kémiai festékeket használnak, hogy információt gyűjtsenek egy baktérium szerkezetéről. Ha például meg akarják különböztetni a Streptococcus pyogenes-t az E. coli-tól, akkor megfestenek egy tálat, hogy láthatóvá tegyék a sejtek alakját, és így vizuálisan azonosítani tudják őket. “A tudósok többnyire csak egyszínű képeket néznek” – mondja Danino – “így mi csak ezt játszottuk ki”. A hagyományos tudományos festékek mellett kísérletezett azzal is, hogy ételfestéket használjon az agaron, valamint magukon a baktériumokon. Különböző színkombinációkat is kipróbált, hogy gradiens hatást érjen el, mint a fenti képen.

Egy láthatatlan univerzum feltárása

“Minden bekeretezett kép vagy minden Petri-csésze egy saját kis világ” – mondja Danino. “Ezek a minták úgy néznek ki, mint valami, amit egy hópehelyben láthatunk, vagy mint valami, amit a víz alatt láthatunk”. A projekt célja, hogy minden egyes petri-csészével egy saját absztrakt univerzumot ábrázoljon. “Elkezdtem látni ezeket a petri-csészéket, és azt gondoltam, hűha, ez úgy néz ki, mint valami, amit a világűrben láthatsz.” Innen a Microuniverse elnevezés.

A molekuláris klónozás folyamata

Danino művészeti projektjeivel szabadidejében foglalkozik. Napjai a szintetikus biológiával kapcsolatos munkával telnek, egy viszonylag új keletű tudományterülettel, amely tágan értelmezve az élő szervezetek megtervezését jelenti egy kívánt viselkedés elérése érdekében. Laboratóriumában Danino baktériumokat szerkeszt és programoz egy molekuláris klónozásnak nevezett eljárással. Miután azonosította, hogy mely génszekvenciák hoznak létre egy bizonyos biológiai funkciót egy baktériumtípusban, ő és csapata képes izolálni ezeket a szekvenciákat, laboratóriumban felerősíteni őket, majd beilleszteni a baktérium DNS-ébe, hogy az adott funkciót mutassa. “Manapság tulajdonképpen be lehet írni ezt a szekvenciát az interneten, és egy cég szintetikusan előállítja ezt a szekvenciát, és elküldi neked egy csőben” – mondja Danino.

Rákellenes potenciál kihasználása

A közelmúltban Danino és csapata baktériumokat tervezett – E.colival, egy E.coli probiotikummal és Salmonellával dolgoztak – a rák kimutatására és kezelésére. Figyelemre méltó, hogy a baktériumok képesek a daganatok belsejében növekedni, ahová még az immunrendszer sem jut el, és arra is programozhatók, hogy különböző toxinokat termeljenek, amelyek a daganatsejtek pusztulását okozzák. Danino molekuláris klónozással próbálja a baktériumokat úgy programozni, hogy felismerjék és feltárják a szervezetben lévő daganatokat, és ha már bennük vannak, rákellenes méreganyagokat szabadítsanak fel. “Ez majdnem olyan, mint egy trójai faló típusú helyzet” – magyarázza. “A baktériumok bejutnak a daganatba, majd elkezdik termelni a gyógyszert, és akkor a daganat ténylegesen lelassulhat vagy elpusztulhat.”

Egy vizuális kapu a tudományhoz

Danino reméli, hogy a Microuniverse-hez hasonló projektek arra inspirálják az embereket, hogy többet tudjanak meg a körülöttünk – és bennünk – lévő összetett mikrobiális világról, és megmutatják nekik, hogy a baktériumokat pozitív célokra is fel lehet használni, például a rák ellen. “Nagyon nehéz megtanítani az embereket a DNS-ről, a fehérjékről és a molekuláris klónozásról” – mondja. “De azt hiszem, ha az ember lát egy képet, függetlenül attól, hogy milyen háttérrel rendelkezik, az vonzza, hogy többet tudjon meg a tudományról.” Mi lesz a projekt következő állomása: Danino partnerségre lépett a Print All Over Me nevű céggel, hogy a Microuniverse baktériumok képei alapján egyedi ruházatot készítsen (a bevétel egy részét a rákkutatásra fordítják). Reméli továbbá, hogy folytatni fogja a Microuniverse turnézását, amely 2017-ben később az MIT-ben lesz kiállítva. Laboratóriuma azon is dolgozik, hogy time-lapse videókat készítsen a baktériumok növekedéséről, ami azt jelenti, hogy – így van – az E. coli hamarosan egy önhöz közeli színházban is megjelenhet.

Minden kép: Soonhee Moon.