Biologul sintetician Tal Danino manipulează microorganismele în laboratorul său pentru a crea modele colorate și atrăgătoare. Iată o privire asupra procesului pe care îl folosește pentru a transforma „Oh, yuck” în „Oh, wow.”

Biologul sintetic Tal Danino se spală pe mâini în mod constant, unul dintre riscurile profesionale ale lucrului cu bacteriile toată ziua la Laboratorul de Sisteme Biologice Sintetice, pe care îl conduce la Universitatea Columbia din New York. Danino, un bursier TED, își petrece cea mai mare parte a timpului încercând să exploateze proprietățile unice ale bacteriilor – aceleași proprietăți care le pot face atât de periculoase pentru oameni – și să le transforme în luptători puternici împotriva cancerului. Dar atunci când nu programează bacteriile pentru a lupta împotriva cancerului, le programează pentru a face artă, în parte pentru a face mai accesibile principiile științifice dificile. „Este plăcut să folosești artele vizuale pentru a ajuta la comunicarea științei”, spune el, „și asta pentru că arta transcende cu adevărat granițele limbajului și, de asemenea, ale cunoașterii.” Printre eforturile creative recente ale lui Danino se numără o instalație feministă de culturi bacteriene prelevate din corpurile a 100 de femei (pentru care a colaborat cu artista conceptuală Anicka Yi), precum și o serie de farfurii din ceramică inspirate de modele bacteriene care apar în mod natural (o colaborare cu artistul și fotograful Vik Muniz). Pentru cel mai recent proiect al său, Microuniverse, a produs o serie de imagini orbitoare, abstracte, create de diferite specii de bacterii, fiecare dintre acestea fiind cultivată în condiții diferite pentru perioade de timp diferite. „Proiectul se referă la posibilitatea de a vedea acest univers nevăzut care este foarte mic și care se află în jurul nostru, în fiecare zi”, spune el. Aici, el descrie câteva dintre proiectele sale ciudat de frumoase.

Estetica intrigantă a bacteriilor

În fiecare zi, Danino observă modelele complicate pe care bacteriile le formează în zeci de vase Petri din laboratorul său. Pe măsură ce celulele lor cresc, se divid și comunică între ele, acestea se auto-organizează în colonii pentru a-și maximiza șansele de supraviețuire. Tiparele pe care le formează sunt determinate atât de constituția lor genetică, cât și de mediul înconjurător. Selectând bacterii despre care se știe că generează anumite modele – de exemplu, E. coli crește în mod natural sub forma unui fractal, în timp ce Proteus mirabilis crește sub forma unor inele concentrice – precum și bacterii cu aspect interesant din mostre de sol prelevate din propria curte, Danino și echipa sa au început să experimenteze controlul modelelor de creștere ale acestora. În cele din urmă, el speră că, dacă ar putea înțelege mai bine modul în care natura modelează comportamentele și tiparele bacteriilor, acest lucru ar putea, la rândul său, să le inspire munca de inginerie pentru combaterea cancerului.

Alterați mediul, modificați designul

Prin schimbarea condițiilor – cum ar fi temperatura și umiditatea – în care sunt cultivate bacteriile, Danino a descoperit că a fost capabil să le manipuleze pentru a crea anumite modele. De exemplu, temperatura optimă pentru creșterea multor bacterii este de 37 de grade Celsius, care este, în mod nesurprinzător, temperatura corpului uman. Dacă este mai cald sau mai rece de 37 de grade, creșterea bacteriilor va încetini pur și simplu. Umiditatea afectează bacteriile într-un mod diferit: cu cât mediul este mai uscat, cu atât este mai probabil ca bacteriile să se grupeze pentru a conserva umiditatea. Schimbarea concentrației de gel de agar – mediul de creștere pentru bacterii – de pe placa Petri afectează, de asemenea, modelarea, spune Danino. Cu cât gelul este mai moale, cu atât mai repede se răspândesc bacteriile pe o suprafață mai mare.

Așteptați și urmăriți

După ce Danino stabilește condițiile inițiale, el lasă bacteriile să crească și așteaptă rezultatele. El a folosit aproximativ 20 de specii diferite de bacterii pentru Microuniverse, lăsându-le să crească timp de doar două zile și până la două luni. Indiferent de condițiile în care sunt crescute, „fiecare bacterie are o preferință naturală pentru un tip de model”, spune el. „Și are de-a face cu specificul modului în care înoată bacteriile și cu modul în care comunică între ele. Fiecare dintre ele are propria personalitate, dacă vreți.”

Colonii de culoare

Este un standard pentru oamenii de știință să folosească coloranți chimici pentru a aduna informații despre structura unei bacterii. Dacă vor să distingă Streptococcus pyogenes de E. coli, de exemplu, ei vor colora o farfurie pentru a dezvălui formele celulelor, permițându-le să le identifice vizual. „Oamenii de știință se uită de cele mai multe ori doar la imagini cu o singură culoare”, spune Danino, „așa că noi doar ne-am bazat pe acest lucru”. În plus față de coloranții științifici tradiționali, el a experimentat, de asemenea, utilizarea coloranților alimentari pe agar, precum și pe bacteriile însele. El a încercat, de asemenea, diverse combinații de culori pentru a obține un efect de gradient, ca în această imagine de mai sus.

Expunând un univers nevăzut

„Fiecare imagine încadrată sau fiecare vas Petri este propria sa mică lume”, spune Danino. „Aceste modele arată ca ceva ce ai putea vedea într-un fulg de zăpadă, ceva ce ai putea vedea sub apă.” Cu fiecare vas Petri, proiectul urmărește să reprezinte un univers abstract în sine. „Am început să văd aceste vase Petri și mi-am zis: „Uau, arată ca ceva ce ai putea vedea în spațiul cosmic”.” De aici, numele Microunivers.

Procesul de clonare moleculară

Proiectele artistice ale lui Danino sunt ceva ce face în timpul liber. Zilele sale sunt ocupate cu munca în domeniul biologiei sintetice, un domeniu științific relativ incipient care, definit în linii mari, implică ingineria organismelor vii pentru a obține un comportament dorit. În laboratorul său, Danino editează și programează bacterii folosind un proces numit clonare moleculară. După ce identifică ce secvențe genetice creează o anumită funcție biologică la un tip de bacterie, el și echipa sa pot izola aceste secvențe, le pot amplifica în laborator și apoi le pot insera în ADN-ul bacteriei pe care doresc să prezinte acea funcție. „În zilele noastre, puteți de fapt să tastați acea secvență online, iar o companie va produce acea secvență pe cale sintetică și v-o va trimite într-un tub”, spune Danino.

Întrebuințarea potențialului său anti-cancer

Recent, Danino și echipa sa au proiectat bacterii – au lucrat cu E.coli, un probiotic E.coli și Salmonella – pentru a detecta și trata cancerul. În mod remarcabil, bacteriile pot crește în interiorul tumorilor, unde nici măcar sistemul imunitar nu poate ajunge, și pot fi, de asemenea, programate să producă diverse toxine care provoacă moartea celulelor tumorale. Folosind clonarea moleculară, Danino încearcă să programeze bacteriile să detecteze și să dezvăluie tumorile din organism și, de asemenea, să elibereze toxine care luptă împotriva cancerului odată ce se află în interiorul acestora. „Este aproape ca o situație de tip cal troian”, explică el. „Bacteriile intră în tumoare și apoi încep să producă medicamentul, iar apoi tumora poate, de fapt, să încetinească sau să se descompună.”

O poartă vizuală către știință

Danino speră că proiecte precum Microuniverse vor inspira oamenii să învețe mai multe despre lumile microbiene complexe din jurul – și din interiorul – nostru și să le arate că bacteriile pot fi folosite în scopuri pozitive, cum ar fi combaterea cancerului. „Este foarte dificil să îi înveți pe oameni despre ADN și proteine și despre clonarea moleculară”, spune el. „Dar cred că atunci când vezi o imagine, indiferent de pregătirea ta, te atrage să înveți mai multe despre știință.” Ce urmează pentru acest proiect: Danino a încheiat un parteneriat cu compania Print All Over Me pentru a crea îmbrăcăminte personalizată pe baza imaginilor de bacterii din Microuniverse (o parte din încasări vor fi direcționate către cercetarea în domeniul cancerului). De asemenea, el speră să continue turneul Microuniverse, care va fi expus la MIT mai târziu în 2017. Laboratorul său lucrează, de asemenea, pentru a capta videoclipuri time-lapse ale creșterii bacteriilor, ceea ce înseamnă că, ce-i drept, E. coli ar putea ajunge în curând într-un teatru de lângă tine.

Toate imaginile: Soonhee Moon.