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Usare i batteri come biosensori emettenti luce

Lo slogan "arte-tecnica-vita" ben potrebbe campeggiare all'entrata del laboratorio di Jeff Hasty alla università di San Diego. In questo laboratorio è stato infatti sviluppata quella che potremmo definire  come una insegna vivente al neon; una definizione giustificata dall'essere costituita da milioni di batteri che emettono luce periodicamente e all'unisono, come tante piccolissime lampadine scintillanti.
Migliaia di batteri luminosi
(®Hasty Lab, UC San Diego)
Il risultato pubblicato tempo fa sulla prestigiosa rivista Nature, è stato ottenuto attaccando prima una proteina fluorescente all'effettore dell'orologio biologico nei batteri, quindi sincronizzando gli "orologi" di tutti i batteri appartenenti alla stessa colonia ed infine sincronizzando tutte le colonie.
Un risultato non banale e tanto meno futile.

Il punto fondante della strategia è l'esistenza in molte specie di batteri di una capacità comunicativa, quasi da meta-organismo, che consente loro di rispondere in modo univoco alle variazioni ambientali. Il nome di questo meccanismo è quorum sensing.
La comprensione di come avvenga la comunicazione all'interno di queste colonie è stata possibile grazie allo studio di batteri "competitori", in grado di alterare le vie comunicative degli avversari mediante la degradazione selettiva delle molecole responsabili della comunicazione.
Una volta noto il meccanismo di interferenza, identificare i "vettori della comunicazione" è stato semplice; vettori individuati in molecole volatili, dotate quindi di una elevata alta capacità di diffusione all'interno della colonia batterica.
Maggiore la velocità di diffusione, maggiore è la capacità di trasmettere il messaggio "di riprogrammazione" del comportamento dei singoli membri della colonia.
(®Hasty Lab, UC San Diego)
Compreso il meccanismo, i ricercatori hanno pensato a come sfruttare questi sensori naturali, ad esempio come sistemi di rilevazione di contaminanti ambientali.
Tra i sensori sviluppati dal laboratorio alla UCSD vi è un chip su cui sono stati posizionati circa 2,5 milioni di batteri organizzati in colonie; in termini funzionali si tratta di biopixel, cioè punti di luce in tutto simili ad i pixel dei monitor. Su ciascun chip sono presenti fino a 13 mila biopixels.

Lo scopo? Quando il chip viene posizionato in un ambiente in cui siano presenti quantità minime di un dato inquinante (ad esempio arsenico), la risposta batterica è programmata in modo tale che si produca una variazione proporzionale nella frequenza di emissione della luce (ricordo che i batteri sono stati ingegnerizzati per produrre una proteina fluorescente).

Dato il costo di sviluppo minimo non è difficile immaginare l'utilizzo di questi biosensori in sistemi di monitoraggio ambientale su vasta scala.

Video riassuntivo del progetto di ricerca:
Se non vedete il video, usate il link diretto --> Youtube

(Articolo correlato --> Piante fluorescenti)

Fonte
- A sensing array of radically coupled genetic ‘biopixels’
Arthur Prindle et al,  Nature,  481, pp 39–44


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Il mio primo libro di Hawking risale all'inizio degli anni '90, quando volevvo distrarmi dalla "mia" scienza leggendo altre materie. Da allora non ho mai smesso di leggerlo. Questo, ahime, è il suo ultimo

Eric Kandel, Nobel, divulgatore, neuroscienziato. Che altro? Scrive libri appassionanti