Il biologo sintetico Tal Danino manipola i microrganismi nel suo laboratorio per creare modelli accattivanti e colorati. Ecco uno sguardo al processo che usa per trasformare “Oh, bleah” in “Oh, wow.”

Il biologo sintetico Tal Danino si lava le mani costantemente, uno dei rischi professionali di lavorare con i batteri tutto il giorno al Synthetic Biological Systems Lab, che gestisce alla Columbia University di New York. Danino, un TED Fellow, trascorre la maggior parte del suo tempo cercando di sfruttare le proprietà uniche dei batteri – le stesse proprietà che possono renderli così pericolosi per gli esseri umani – e trasformarli in potenti combattenti del cancro. Ma quando non sta programmando i batteri per combattere il cancro, li sta programmando per fare arte, in parte per rendere i difficili principi scientifici più accessibili. “È bello usare le arti visive per aiutare a comunicare la scienza”, dice, “e questo perché l’arte trascende davvero i confini del linguaggio e anche della conoscenza”. I recenti sforzi creativi di Danino includono un’installazione femminista di colture batteriche prese dal corpo di 100 donne (per la quale ha collaborato con l’artista concettuale Anicka Yi), così come una serie di piatti in ceramica ispirati a modelli batterici naturali (una collaborazione con l’artista e fotografo Vik Muniz). Per il suo ultimo progetto, Microuniverse, ha prodotto una serie di abbaglianti immagini astratte create da diverse specie di batteri, ciascuna coltivata in condizioni diverse per diversi periodi di tempo. “Il progetto riguarda la possibilità di vedere questo universo invisibile che è davvero piccolo e tutto intorno a noi, ogni giorno”, dice. Qui, descrive alcuni dei suoi progetti stranamente belli.

L’intrigante estetica dei batteri

Ogni giorno, Danino osserva gli intricati modelli che i batteri formano in decine di piastre di Petri nel suo laboratorio. Mentre le loro cellule crescono, si dividono e comunicano tra loro, si auto-organizzano in colonie per massimizzare le loro possibilità di sopravvivenza. I modelli che formano sono determinati sia dal loro corredo genetico che dal loro ambiente. Selezionando i batteri che sono noti per generare certi modelli – per esempio, E. coli cresce naturalmente come un frattale, mentre Proteus mirabilis cresce come anelli concentrici – così come i batteri dall’aspetto interessante da campioni di terreno presi nel suo cortile, Danino e il suo team hanno iniziato a sperimentare il controllo dei loro modelli di crescita. In definitiva, spera che se potessero capire meglio come la natura modella i comportamenti e i modelli nei batteri, potrebbe a sua volta ispirare il loro lavoro di ingegneria per combattere il cancro.

Alterare l’ambiente, alterare il design

Modificando le condizioni – come la temperatura e l’umidità – in cui i batteri vengono coltivati, Danino ha scoperto di essere in grado di manipolarli per creare determinati modelli. Per esempio, la temperatura ottimale per la crescita di molti batteri è di 37 gradi Celsius, che è, senza sorpresa, la temperatura del corpo umano. Se fa più caldo o più freddo di 37 gradi, la crescita dei batteri semplicemente rallenta. L’umidità influenza i batteri in modo diverso: più l’ambiente è secco, più è probabile che i batteri si raggruppino per conservare l’umidità. Cambiando la concentrazione del gel di agar – il mezzo di crescita per i batteri – sulla piastra di Petri, si influisce anche sul patterning, dice Danino. Più morbido è il gel, più velocemente i batteri si diffondono su un’area più ampia.

Aspetta e guarda

Una volta che Danino imposta le condizioni iniziali, lascia crescere i batteri e aspetta i risultati. Ha usato circa 20 specie diverse di batteri per Microuniverse, lasciandoli crescere da un minimo di due giorni a un massimo di due mesi. Indipendentemente dalle condizioni in cui sono cresciuti, “ogni batterio ha una preferenza naturale per un tipo di modello”, dice. “E ha a che fare con le specifiche di come i batteri nuotano e come comunicano tra loro. Ognuno di loro ha la propria personalità, se vuoi.”

Colonie di colore

È la norma per gli scienziati usare coloranti chimici per raccogliere informazioni sulla struttura di un batterio. Se vogliono distinguere Streptococcus pyogenes da E. coli, per esempio, colorano un piatto per rivelare le forme delle cellule, permettendo loro di identificarle visivamente. “Gli scienziati per lo più guardano solo immagini a un solo colore”, dice Danino, “così abbiamo solo giocato su questo”. Oltre ai tradizionali coloranti scientifici, ha anche sperimentato l’uso di coloranti alimentari sull’agar e sui batteri stessi. Ha anche provato varie combinazioni di colori per ottenere un effetto gradiente, come in questa immagine qui sopra.

Esporre un universo invisibile

“Ogni immagine incorniciata o ogni capsula di Petri è il suo piccolo mondo”, dice Danino. “Quei modelli sembrano qualcosa che si potrebbe vedere in un fiocco di neve, qualcosa che si potrebbe vedere sott’acqua”. Con ogni capsula di Petri, il progetto mira a rappresentare un universo astratto tutto suo. Ho iniziato a vedere queste piastre di Petri e mi sono detto: “Wow, sembra qualcosa che si vede nello spazio”. Da qui, il nome Microuniverse.

Il processo di clonazione molecolare

I progetti artistici di Danino sono qualcosa che fa nel suo tempo libero. Le sue giornate sono occupate dal lavoro nella biologia sintetica, un campo scientifico relativamente nascente che, in senso lato, comporta l’ingegneria degli organismi viventi per ottenere un comportamento desiderato. Nel suo laboratorio, Danino modifica e programma i batteri utilizzando un processo chiamato clonazione molecolare. Dopo aver identificato quali sequenze di geni creano una certa funzione biologica in un tipo di batterio, lui e il suo team possono isolare queste sequenze, amplificarle in laboratorio, e poi inserirle nel DNA del batterio che vogliono esibire quella funzione. “Al giorno d’oggi, si può effettivamente digitare quella sequenza online, e una società produrrà quella sequenza sinteticamente e te la invierà in un tubo”, dice Danino.

Sfruttare il suo potenziale anti-cancro

Di recente, Danino e il suo team hanno ingegnerizzato i batteri – hanno lavorato con E.coli, un probiotico E.coli, e Salmonella – per rilevare e trattare il cancro. Sorprendentemente, i batteri possono crescere all’interno dei tumori dove nemmeno il sistema immunitario può arrivare, e possono anche essere programmati per produrre varie tossine che causano la morte delle cellule tumorali. Usando la clonazione molecolare, Danino sta cercando di programmare i batteri per rilevare e rivelare i tumori nel corpo e anche per rilasciare tossine che combattono il cancro una volta dentro di loro. “È quasi come una situazione tipo cavallo di Troia”, spiega. “I batteri entrano nel tumore e poi iniziano a produrre il farmaco, e poi il tumore può effettivamente rallentare o decadere.”

Una porta visiva per la scienza

Danino spera che progetti come Microuniverse ispireranno le persone a saperne di più sui complessi mondi microbici intorno – e dentro – di noi e per mostrare loro che i batteri possono essere utilizzati per scopi positivi, come combattere il cancro. “È davvero difficile insegnare alla gente il DNA, le proteine e la clonazione molecolare”, dice. “Ma penso che quando vedi un’immagine, indipendentemente dal tuo background, ti attrae per imparare di più sulla scienza”. Cosa c’è dopo per il progetto: Danino ha stretto una partnership con la società Print All Over Me per creare abbigliamento personalizzato basato sulle immagini dei batteri di Microuniverse (parte del ricavato andrà a favore della ricerca sul cancro). Spera anche di continuare il tour di Microuniverse, che sarà in mostra al MIT più tardi nel 2017. Il suo laboratorio sta anche lavorando per catturare video time-lapse della crescita dei batteri, il che significa che, proprio così, l’E. coli potrebbe arrivare presto in un teatro vicino a voi.

Tutte le immagini: Soonhee Moon.