Biolog syntetyczny Tal Danino manipuluje mikroorganizmami w swoim laboratorium, aby stworzyć przyciągające wzrok, kolorowe wzory. Oto spojrzenie na proces, którego używa, aby zmienić „Oh, yuck” w „Oh, wow.”

Biolog syntetyczny Tal Danino nieustannie myje ręce, co jest jednym z zagrożeń zawodowych związanych z całodzienną pracą z bakteriami w Laboratorium Syntetycznych Systemów Biologicznych, które prowadzi na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku. Danino, stypendysta TED, spędza większość czasu próbując okiełznać unikalne właściwości bakterii – te same, które czynią je tak niebezpiecznymi dla ludzi – i przekształcić je w potężne środki do walki z rakiem. Ale kiedy nie programuje bakterii do walki z rakiem, programuje je do tworzenia sztuki, częściowo po to, aby trudne zasady naukowe stały się bardziej przystępne. „Miło jest używać sztuk wizualnych, aby pomóc w przekazywaniu wiedzy naukowej” – mówi – „a to dlatego, że sztuka naprawdę przekracza granice języka i wiedzy”. Ostatnie kreatywne przedsięwzięcia Danino obejmują feministyczną instalację kultur bakterii pobranych z ciał 100 kobiet (przy której współpracował z artystką konceptualną Anicką Yi), jak również serię ceramicznych naczyń inspirowanych naturalnie występującymi wzorami bakterii (współpraca z artystą i fotografem Vikiem Munizem). W swoim najnowszym projekcie, Microuniverse, stworzył serię olśniewających, abstrakcyjnych obrazów stworzonych przez różne gatunki bakterii, z których każda była hodowana w różnych warunkach przez różny okres czasu. „W tym projekcie chodzi o to, abyśmy mogli zobaczyć ten niewidzialny wszechświat, który jest naprawdę mały i jest wokół nas, każdego dnia” – mówi. Tutaj opisuje niektóre ze swoich dziwnie pięknych projektów.

Intrygująca estetyka bakterii

Codziennie Danino obserwuje skomplikowane wzory, jakie tworzą bakterie w dziesiątkach szalek Petriego w swoim laboratorium. Gdy ich komórki rosną, dzielą się i komunikują ze sobą, samoorganizują się w kolonie, aby zmaksymalizować swoje szanse na przeżycie. Wzory, które tworzą, są zdeterminowane zarówno przez ich genetyczny makijaż, jak i środowisko, w którym żyją. Wybierając bakterie, o których wiadomo, że generują pewne wzory – na przykład E. coli naturalnie rośnie jako fraktal, podczas gdy Proteus mirabilis rośnie jako koncentryczne pierścienie – a także ciekawie wyglądające bakterie z próbek gleby pobranych na jego własnym podwórku, Danino i jego zespół zaczęli eksperymentować z kontrolowaniem ich wzorów wzrostu. Ma on nadzieję, że jeśli uda im się lepiej zrozumieć, w jaki sposób natura kształtuje zachowania i wzorce u bakterii, może to z kolei zainspirować ich pracę nad ich inżynierią do walki z rakiem.

Zmień środowisko, zmień projekt

Zmieniając warunki – takie jak temperatura i wilgotność – w jakich hodowane są bakterie, Danino odkrył, że jest w stanie zmanipulować je do tworzenia pewnych wzorców. Na przykład, optymalna temperatura dla wzrostu wielu bakterii wynosi 37 stopni Celsjusza, co jest, co nie jest zaskoczeniem, temperaturą ludzkiego ciała. Jeśli jest cieplej lub zimniej niż 37 stopni, rozwój bakterii po prostu spowolni się. Wilgotność wpływa na bakterie w inny sposób: im bardziej suche środowisko, tym bardziej prawdopodobne jest, że bakterie połączą się w grupy, aby zachować wilgoć. Zmiana stężenia żelu agarowego – medium wzrostowego dla bakterii – na płytce Petriego również wpływa na tworzenie się wzorów, mówi Danino. Im bardziej miękki żel, tym szybciej bakterie rozprzestrzeniają się na większym obszarze.

Czekaj i obserwuj

Gdy Danino ustali warunki początkowe, pozwala bakteriom rosnąć i czeka na wyniki. Do Microuniverse użył około 20 różnych gatunków bakterii, pozwalając im rosnąć przez zaledwie dwa dni i aż dwa miesiące. Niezależnie od warunków, w jakich są hodowane, „każda bakteria ma naturalną preferencję do pewnego typu wzorca”, mówi. „I ma to związek ze specyfiką tego, jak bakterie pływają i jak komunikują się ze sobą. Każda z nich ma swoją własną osobowość, jeśli można tak powiedzieć.”

Kolonie kolorów

Standardem dla naukowców jest używanie barwników chemicznych do zbierania informacji o strukturze bakterii. Jeśli chcą odróżnić Streptococcus pyogenes od E. coli, na przykład, zabarwiają naczynie, aby ujawnić kształty komórek, co pozwala im na ich wizualną identyfikację. „Naukowcy najczęściej patrzą tylko na obrazy jednokolorowe” – mówi Danino – „więc my po prostu z tego skorzystaliśmy”. Oprócz tradycyjnych barwników naukowych, eksperymentował również z użyciem barwnika spożywczego na agarze, jak również na samych bakteriach. Wypróbował również różne kombinacje kolorów, aby uzyskać efekt gradientu, jak na tym zdjęciu powyżej.

Osłaniając niewidzialny wszechświat

„Każde zdjęcie w ramce lub każda szalka Petriego jest swoim własnym małym światem”, mówi Danino. „Te wzory wyglądają jak coś, co można zobaczyć w płatku śniegu, coś, co można zobaczyć pod wodą”. Z każdą szalką Petriego, projekt ma na celu reprezentowanie abstrakcyjnego wszechświata w całości. „Zacząłem oglądać te szalki Petriego i pomyślałem, że to wygląda jak coś, co można zobaczyć w przestrzeni kosmicznej”. Stąd nazwa Microuniverse.

Proces klonowania molekularnego

Projekty artystyczne Danino to coś, czym zajmuje się w wolnym czasie. Jego dni pochłania praca nad biologią syntetyczną, stosunkowo młodą dziedziną nauki, która w szerokim rozumieniu polega na inżynierii organizmów żywych w celu osiągnięcia pożądanych zachowań. W swoim laboratorium Danino edytuje i programuje bakterie za pomocą procesu zwanego klonowaniem molekularnym. Po zidentyfikowaniu, które sekwencje genów wywołują określoną funkcję biologiczną u danego rodzaju bakterii, Danino i jego zespół mogą wyizolować te sekwencje, amplifikować je w laboratorium, a następnie wprowadzić do DNA bakterii, które mają wykazywać daną funkcję. „Obecnie można wpisać taką sekwencję online, a firma wyprodukuje ją syntetycznie i wyśle w probówce” – mówi Danino.

Wykorzystanie potencjału antyrakowego

Ostatnio Danino i jego zespół zajmowali się inżynierią bakterii – pracowali z E.coli, probiotykiem E.coli i Salmonellą – w celu wykrywania i leczenia raka. Co niezwykłe, bakterie mogą rosnąć wewnątrz guzów, gdzie nawet system immunologiczny nie może dotrzeć, a także mogą być zaprogramowane do produkcji różnych toksyn, które powodują śmierć komórek nowotworowych. Wykorzystując klonowanie molekularne, Danino próbuje zaprogramować bakterie tak, aby wykrywały i ujawniały guzy w organizmie, a także uwalniały zwalczające raka toksyny, gdy już się w nich znajdą. „To prawie jak sytuacja typu konia trojańskiego”, wyjaśnia. „Bakterie dostają się do guza i zaczynają produkować lek, a wtedy guz może faktycznie zwolnić lub rozłożyć się.”

Wizualna brama do nauki

Danino ma nadzieję, że projekty takie jak Microuniverse zainspirują ludzi do dowiedzenia się więcej o złożonych światach mikrobów wokół – i wewnątrz – nas i pokażą im, że bakterie mogą być wykorzystywane do pozytywnych celów, takich jak walka z rakiem. „Naprawdę trudno jest uczyć ludzi o DNA, białkach i klonowaniu molekularnym,” mówi. „Ale myślę, że kiedy widzisz obraz, niezależnie od twojego pochodzenia, to przyciąga cię, aby dowiedzieć się więcej o nauce”. Co dalej z projektem: Danino nawiązał współpracę z firmą Print All Over Me, aby stworzyć niestandardową odzież opartą na wizerunkach bakterii z Microuniverse (część dochodów zostanie przeznaczona na badania nad rakiem). Danino ma również nadzieję na kontynuację zwiedzania Microuniverse, które zostanie wystawione na MIT pod koniec 2017 roku. Jego laboratorium pracuje również nad nagrywaniem filmów poklatkowych ze wzrostu bakterii, co oznacza, że, tak jest, E. coli może wkrótce pojawić się w teatrze w pobliżu Ciebie.

Wszystkie zdjęcia: Soonhee Moon.