Foto av tre bakteriekolonier som forskerne har endret farge på. (Foto: Villads Egede Johansen)
Fremtidens maling kan bli laget av bakterier
Forskere avkoder genene bak naturens metallfarger.
Historien kort
- Forskere har funnet ut hvordan bakterier lager fargene sine.
- Forskerne kan også få bakteriene til å endre farge.
- De nyoppdagede bakteriene kan bli brukt i alt fra kosmetikk og maling til å undersøke om vann er forurenset.
Det vil forskere male med bakterier
Bakterier som make-up:
Tørkede flak av glitrende bakteriekolonier kan fungere som 100 prosent naturlig nedbrytbar fargegiver i kosmetikk. I forhold til andre glitrende materialer som ofte inneholder mikroplast, vil bakteriene bli brutt helt ned i naturen, selv om de skylles ut i vasken.
Bakterier som maling:
I levende form holder bakteriene fargene i en ukes tid når de vokser, men dette kan forlenges ved å tilføre næringsstoffer. Det er faktisk en mulighet for at forskerne kan få fargene til å endre seg. Hvis bakteriene fikseres, kan fargen i prinsippet holde i flere år. De eldste fikserte prøvene de har i laboratoriet i Cambridge, ser stadig ut som de gjorde sju år tidligere.
Bakterier som sensorer:
Selv om de er veldig små, er bakterier komplekse biologiske systemer med en lang rekke funksjoner. Dette kan forskerne utnytte ved å endre bakterienes gener, slik at de kan snuse opp alt fra landminer til narkotika og farlige kjemikalier ved å endre farge. Bakteriene i denne studien er ikke noe unntak, og med sine unike metalliske fremtoning blir det utrolig lett å avgjøre om de faktisk har funnet det som de er på utkikk etter.
Forestill deg at du kjører til bilverkstedet for å få malt bilen, og at bilen blir dekket med et lag bakterier som gir en flott og skinnende finish som endrer farge i løpet av dagen.
Forskere har nettopp avkodet genetikken bak noen spesifikke og helt ufarlige bakteriers evne til å lage skinnende metallfarger.
Det gjør at forskerne nå kan manipulere bakterienes genetikk til å få dem til å ha akkurat de fargene vi vil ha.
Oppdagelsen åpner for en helt ny måte å tenke på biologisk maling på – maling som vil være bedre for miljøet enn den vi bruker i dag.
– Mange fargestoffer er miljøskadelige, og derfor er det interessant at vi nå har tatt det første skrittet i retning av å lage biologiske farger av bakterier, forteller Villads Egede Johansen, som er forsker ved Department of Chemistry ved University of Cambridge.
Den nye studien er nylig publisert i tidsskriftet PNAS.
Biologiske farger har stort potensial
Potensialet i fargede bakterier er enormt.
Og maling er ikke det eneste bruksområdet.
For eksempel forestiller Johansen seg bakterier som endrer farge når de kommer borti giftstoffer.
Dermed kan vi sjekke om en vannprøve inneholder giftstoffer.
– Bare fantasien setter grensen når det gjelder en farge som samtidig er en levende organisme som kan programmeres til å reagere på alle mulige eksterne stimuli, sier Johansen.
Bakterier kan fortelle om holdbarhet
Andre forskere ser også store muligheter.
En av dem er Torben Lenau, som er førsteamanuensis ved Institut for Mekanisk Teknologi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Han forestiller seg en klokke som kan fortelle om holdbarhet.
Den kan brukes på alt fra matvarer til medisiner og kjemikalier.
For eksempel kan en appelsinjuice ofte holde seg i mange år hvis den er uåpnet, men når den først er åpnet, er holdbarheten veldig kort.
– Når man åpner et produkt, kan denne typen bakterier begynne å formere seg. Dermed kan man se når produktet har blitt åpnet ved å se på hvordan fargen endrer seg over tid. Det er som en levende biologisk klokke som man kan betrakte med det blotte øye, og det vil kunne brukes i mange sammenhenger, sier Leanu.
Forskeren slår imidlertid fast at det ligger et godt stykke inn i fremtiden.
Samme mekanisme gir påfugler fjærfargen
Villads Egede Johansens forskning dreier seg om bakterier som lager såkalte strukturelle farger.
Strukturelle farger kommer ikke fra pigmenter som absorberer farger (fargen i for eksempel planter, som absorberer alle farger bortsett fra grønn), men i stedet fra strukturer inne i bakteriene, som reflekterer lys og på den måten gir bakteriene en farge.
Både påfuglfjær og noen sommerfugler (særlig fra slekten Morpho) er farget av strukturelle farger, som gir dem en metallisk glans, men også noen bakterier av arten Flavobacterium, som lever i vann, kan gjøre det samme, noe som gir en bakteriekoloni innen arten en skinnende, grønn metallfarge.
Det er disse bakteriene forskerne vil utnytte til å la maling «vokse» i stedet for å lage den kjemisk.
– Dette er den første studien som viser hvordan man kan styre de optiske egenskapene i bakterier og finne ut hvilke gener som er ansvarlige for dem, sier Johansen.
Genetisk manipulasjon med bakterier
Johansen har, sammen med samarbeidspartnere fra det nederlandske bioteknologiselskapet Hoekmine BV, undersøkt en lang rekke bakteriemutanter for å finne ut hvordan de endrer farger.
Forskere kan endre genene enten kjemisk eller med stråling.
Dermed kan de finne ut hvilke gener som gir bakteriene fargen, men også skape alle farger fra blå til rød.
Forskerne fant også ut hvordan de kunne gjøre fargene mer matte eller få dem til å forsvinne helt.
– Nå har vi begynt å forske på bruksmulighetene, og jeg håper vi om ti år kan lage de første fargene som er basert på bakterier, forteller Johansen.
Referanse:
V.E. Johansen mfl: «Genetic manipulation of structural color in bacterial colonies», PNAS (2018), doi: 10.1073/pnas. 1716214115 Sammendrag
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.
