Sử dụng vi khuẩn làm ảnh

Công trình này hoàn toàn dành cho lĩnh vực sinh học tổng hợp đang thu hút được sự chú ý trong những năm gần đây. Lĩnh vực mới này tập trung vào việc xác định những gen điều khiển những đặc điểm chủ chốt rồi sau đó biến đổi vi khuẩn để hoạt hóa các gen này theo những cách kết hợp mới để tạo ra những công cụ hữu hiệu cho y tế và công nghệ.

Các sinh viên đã tạo ra những hình ảnh vi khuẩn và một camera vi khuẩn một cách rất sáng tạo khi tham dự vào cuộc thi Máy Biến đổi Di truyền liên trường của Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Dự án đã giành được “phần thưởng xuất sắc” cho việc sáng tạo ra thụ thể tiếp nhận ánh sáng biến đổi gen do các sinh viên tốt nghiệp UCSF phát triển, dưới sự hướng dẫn của Chris Voigt, Tiến sỹ chuyên ngành hóa dược và đồng thời là người đứng đầu ngành sinh học tổng hợp của UCSF.

Giống như những pixel ở một màn hình máy tính có thể biến đổi từ trắng sang đen, mỗi một vi khuẩn tạo ra sắc tố đen hoặc không tạo ra dựa trên việc nó đang sinh trưởng ở chỗ có ánh sáng hay tối ở chiếc đĩa. Các hình ảnh thu được là một tập hợp của tất cả các vi khuẩn phản ứng với mẫu hình ánh sáng.

Vi khuẩn E.coli sống trong môi trường tối trong ruột của người và thông thường không nhạy với ánh sáng, vì vậy các sinh viên phải biến đổi gen của các “cỗ máy” đơn bào này để chúng hoạt động với vai trò là một bề mặt hấp thụ ánh áng. Đầu tiên, họ biến đổi vi khuẩn này để chúng có thể cảm ứng ánh sáng bằng cách bổ sung thêm một protein thụ thể ánh sáng của một loại tảo xanh quang hợp cho bề mặt tế bào của E.coli. Quá trình trao đổi chất của vi khuẩn bị biến đổi để sản sinh ra một hóa chất tạo cho protein nhạy có khả năng cảm nhận được ánh sáng ở vi khuẩn chủ của nó. Protein nhạy sáng cũng có thể được biến đổi gen để ánh sáng làm tắt đi một gen điều khiển việc tạo ra một hợp chất có màu cuối cùng.

Để tạo ra những bức ảnh thực, nhóm đã đánh giá các sắc tố và môi trường sinh trưởng và sử dụng một máy phát ánh sáng độc đáo được Aaron Chevalier, một nghiên cứu sinh ngành vật lý, thiết kế và xây dựng. Họ đã bổ sung một hợp chất hóa học vào tảo để những vi khuẩn ở chỗ tối sẽ sản sinh ra sắc tố đen còn những vi khuẩn ở chỗ có ánh sáng thì không sản sinh gì cả. Thiết bị chiếu mẫu của ánh sáng, ví dụ như hình ảnh của một người, lên chiếc đĩa mà vi khuẩn đang sinh trưởng ở nhiệt độ bình thường trong một chiếc lồng ấp. Sau từ 12 đến 15 giờ phơi nhiễm (thời gian để một đám vi khuẩn sinh trưởng đầy một chiếc đĩa), chiếc máy chiếu ánh sáng được bỏ đi. Những gì còn lại sẽ thể hiện một bức ảnh sống.

Các sinh viên trong nhóm đang nghiên cứu để tiếp tục đổi mới cách tạo ra các bức ảnh sống, đó là vi khuẩn có thể tìm và tạo ra một đường kẻ xung quanh các rìa của một hình ảnh, một quá trình đòi hỏi vi khuẩn giao tiếp với nhau.