Dankzij een ingenieus genencircuit wisten wetenschappers bacteriën aan te sporen tot het maken van een druksensor.

Bacteriën zijn niet alleen ziektemakers; je kunt er ook wat mee. Zo kunnen ze onder meer brandstof produceren, maken ze een ademend T-shirt mogelijk en kunnen ze worden ingezet als elektrische motor. Daar komt nog een trucje bij: ze kunnen ook een druksensor bouwen. Zo hebben onderzoekers van de Duke University (VS) gedemonstreerd.

Genencircuit

Het team kreeg de bacteriën zo ver door een synthetisch genencircuit te implementeren. Dit genencircuit bestaat uit een serie instructies geschreven in het DNA van de bacterie. De eerste instructie bestaat uit het aanmaken van het eiwit T7-RNA-polymerase, die zijn eigen expressie stimuleert. Zo neemt de concentratie van het eiwit in de bacteriecellen snel toe.

De bacteriën delen en groeien en op gegeven moment bereikt de hoeveelheid van het eiwit een kritieke drempel. Dan worden twee andere eiwitten geproduceerd, T7-lysozyme en curli. Het eerste eiwit eerste remt de productie van de T7-RNA-polymerase en de tweede hecht zich als een soort klittenband vast aan gouden nanodeeltjes, die de onderzoekers inmiddels hadden toegevoegd aan de bacteriën.

Bacteriekoepel

De dynamische interactie tussen al die eiwitten leidt ertoe dat de bacteriekolonie in de vorm van een driedimensionale koepel groeit. Deze koepel blijft in stand zolang er voedsel is. Vooral de bacteriecellen aan de rand van de koepel produceren curli, waardoor hier zich een gouden laagje begint te vormen.

De koepelvormige bacteriekolonie. De zwarte puntjes zijn de gouden nanodeeltjes.

Het onderzoeksteam liet vervolgens zien wat je met zo’n koepelvormige bacteriekolonie aanmoet. Twee kolonies werden ‘gesandwitcht’ en met een LED-lampje verbonden via koperen draadjes. Wanneer je nu met je vinger drukt op de kolonie (wel handschoen aan!), leidt de vormverandering in de kolonie ertoe dat er een stroompje gaat lopen. Dankzij dat stroompje gaat het lampje branden.

Verschillende sensoren

Biotechnoloog Gert-Jan Euverink (RUG) vindt het principe goed gevonden. “De technologie om eiwitten in bepaalde patronen van bacteriekolonies tot expressie te brengen is door deze groep al eerder gepubliceerd. Nieuw is nu dat deze eiwitten eenvoudig zijn te labelen met goud, zodat dat goud een kopie wordt van de patronen.”

“De verschillende ondergronden waarop de kolonie groeit maakt het mogelijk om de vorm en grootte te sturen, zodat sensoren met verschillende eigenschappen zijn te maken. Op moeilijk bereikbare plaatsen zou dit dan een uitkomst zijn”, vervolgt Euverink.

Gevoelig voor verstoringen

Maar er ook zijn minpunten aan zo’n sensor gebouwd door bacteriën. Euverink: “Om de sensor werkend te houden moet je wel een vochtige omgeving hebben. Als de kolonie uitdroogt, houd je niet veel flexibels meer over. Bovendien schat ik in dat deze sensors gevoelig zijn voor verstoringen en niet zo heel lang mee gaan. Dat maakt dat de toepasbaarheid niet zo heel groot is.”

Werk aan de winkel dus nog, voor we in de toekomst meer van dit soort levende circuits gaan zien!

Bronnen: Nature Biotechnology, Duke University via EurekAlert!

Beeld: Will (Yangxiaolu) Cao, Kara Manke, Duke University

Lees ook:

• ‘Taartkaarsjes uitblazen verhoogt hoeveelheid bacteriën aanzienlijk’
• Iconische beelden in bacteriën gestopt

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!