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细菌作颜料,光作笔,成果不仅仅是一幅“马里奥”

黎方宇2017-05-31 06:58:33

艺术与生物学的一次跨界。

大肠杆菌是肠道中数量最多的一种细菌,多数无害,一部分致病。现在还有一种可以挥洒丹青,“绘制”出绚丽多彩的画作。

平板上的细菌“绘制”的蜥蜴图案。

这就是麻省理工学院的生物工程师 Christopher Voigt 团队最近改造的大肠杆菌。这种细菌被彩色光照射时,可以感受到光照并产生相同颜色的色素,18 小时就能“绘制”出一幅完整的画作。成果最近发表在《自然化学生物学》。

这是合成生物学的成果,用感光酶来调控荧光蛋白的合成。Voigt 团队早在 2005 年时就用细菌画过素描,当时用 4 个基因调控大肠杆菌产生黑色素,画出黑白的作品。新的 RGB 系统则更为精密和复杂,涉及到 18 个基因,其中 3 个是编码光敏蛋白的基因,分别负责感应红(波长 705 nm)、绿(波长 535 nm)、蓝(波长 470 nm)三种波长的光。其它的基因则分别负责信号传递、分配资源和合成色素。

细菌形成的单色马里奥图案。

Voigt 团队把它叫做“迪斯科细菌”,随着光照展现不同的风采。他们把细菌涂在培养皿上,用特定波长的彩色光线照射,细菌就会开启精密复杂的基因机器,感应光线,解码基因,合成相应颜色的荧光蛋白。各个过程相互兼容、互不干扰,最终模拟投影形成细菌图像。

图案细节,放大的区域为 1 平方厘米。

尽管画作的生成需要经过数次尝试,但基因工程让自动化的绘画过程成为了可能,使细菌可以像电路一样运行,在特定波长光的照射下,从基本的原料一步步合成斑斓的颜色。

这个研究的成果不仅仅是漂亮的图片。相比用化学物质控制微生物的合成反应,用光来调控会简单和便宜许多。就像是用迪斯科球就能控制舞厅里所有的舞步一样,远程控制,随关随停,按需生产。这就需要研究人员找到更多编码光敏蛋白的基因,来控制更复杂结构的合成。

而 Vigot 团队也想要将这种合成系统从平面培养皿扩展到 3D 世界,将 3D 打印和生物学结合起来,用细菌来合成更多有趣的结构,比如药品、生物制品等。

培养皿的方寸之间也有非凡的创造力。2015 年开始,美国微生物学会还举办了培养皿艺术大赛,吸引了全世界爱好艺术的科学家参加,你可以在 Facebook 页面观赏参赛作品。


题图及文中图片来自论文 doi:10.1038 / nchembio.2390

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