Bakterilerle Portreler

Bakterilerle Portreler

Bir grup İtalyan bilim insanı E.coli bakterilerini kullanarak ilginç bir çalışma yaptı. E.coli bakterilerinin ışığa tepki vermesinden yararlanan genetik mühendisleri , bu bakterileri yoğunluk biçimleri vb. referanslara dayanarak bazı desenler oluşturmayı başardı.Bu desenlerden biri de düşük güçte bir projektör kullanılarak elde edilen Leonardo da Vinci’nin ünlü tablosu ‘Mona Lisa’ oldu.

Birçok bakteri çevresel faktörlere tepki verir.Örneğin “proteorhodopsin” proteini bulunduran okyanus bakterilerinin hareket etmelerinde ışığın etkili olduğu , hatta ışık kaynağı olduğunda bakterlerin çok daha hızlı yüzdükleri gözlemlenmiştir. E.coli bakterilerinin de oldukça hızlı hareket ettikleri bilinmektedir. Öyle ki bir saniyede uzunluklarının 10 katı kadar bir mesafede yüzebilirler.
E.coli bakterilerinde bu protein yerine hızlarını arttırmalarını sağlayan pervane benzeri kamçılar bulunmaktadır.Bu kamçıların hareketlerinin ise çoğunlukla oksijen varlığından etkilendiği bilinmektedir. Roma Sapienza Üniversitesi Nanoteknoloji Enstitüsü’nde bulunan bilim insanları ‘proteorhodopsin’ proteinini oksijen-bağımlı olmak yerine ışık-bağımlı hale getirip, her bir bakteriye bir çeşit solar panel (güneş paneli) yerleştirerek ışığa göre hız değişimlerini inceledi.

Bakterilerin hızları incelendiğinde hızın düştüğü yerlerde yoğunluk artışı olduğu gözlemlenmiştir.Bu yüzden sürat kontrolünün , yoğunluk kontrolünü etkilediği gözlemlenmiştir. Giacomo Frangipane: ‘Bizler bu fenomeni , ışık kullanarak bakteri yoğunluğunu kontrol etmeye yönelik çalışmalar yaparak geliştirmek istiyoruz.’

Bakteri hareketlerinin incelendiği bu çalışmada araştırmacılar, megapiksel çözünürlüğe ve 256 (8-bit) ışık yoğunluğu seviyesinde dinamik bir menzile sahip ışığı şekillendirmek için bir dijital ışık işleme (DLP) projektörü kullandı. Araştırmacılar ışığı değişen ışık yoğunluğuna sahip bir satranç tahtasını yansıtırken, ışığın ‘fotokinetik bakterin’ hızına etkisini gözlemlediler ve diferansiyel dinamik mikroskopi (DDM) kullanarak hız ve yoğunluk arasındaki ilişkiyi incelediler.

Araştırmacılar daha sonra Mona Lisa’nın mikroskobik, siyah-beyaz ve negatif görüntüsünü bakteriyel tabaka üzerine yansıtmış ve bakterilerin karanlık bölgelerde yoğunlaşırken parlak bölgelerden uzaklaştığını gözlemlemiştir. 4 dakika sonra , karanlık alan mikroskobu ile ortaya çıkarılan, ünlü eserlerin  bulanık kopyaları elde edildi.

Bilim adamları, görüntüdeki bulanıklığın E. coli’nin ışık değişimlerine karşı verdiği yavaş tepkilere karşılık geldiğini fark ettiler. Bunu düzeltmek için, her 20 saniyede bakteri şeklini istenen görüntüyle karşılaştıran bir geri bildirim kontrol döngüsü uyguladı ve ışık düzenini buna göre güncelledi. Süreç , Mona Lisa’nın yaklaşık 1 milyon fotokinetik hücre içeren, milimetre ölçeğinde ve neredeyse kusursuz bir kopyası ile sonuçlandı.

Bakteri hareketleri dinamik ve yeniden yapılandırılabilir bir yapıya sahip olduğu için, Albert Einstein ve Charles Darwin’in portreleri de oluşturuldu. Aşağıdaki videoda E.coli bakterileri kullanılarak oluşturulan Einstein portresinin, birkaç dakika içinde Darwin portresine dönüştüğü görülmektedir.Bilim insanları, bakterileri optik yollarla kontrol etmenin yeni nesil mikroskopik cihazlar oluşturmada kullanılacağını düşünüyor.