Stråler af bakterier bærer mikroskopisk last

Det er en mangeårig udfordring at kunne kontrollere biologiske systemer til at udføre specifikke opgaver. I et papir udgivet i Naturfysik , forskere ved Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, i samarbejde med grupper i USA og Storbritannien, har nu rapporteret at gøre netop det. De har fundet en måde at kontrollere bakterier til at transportere mikroskopisk gods. Bakterier udgør den største biomasse i verden, større end alle dyr og planter tilsammen, og de bevæger sig konstant, men deres bevægelse er kaotisk. Forskerne forfulgte tanken om, at hvis denne bevægelse kunne kontrolleres, de kan måske udvikle det til et biologisk værktøj. De brugte en flydende krystal til at diktere retningen af ​​bakteriebevægelsen, og tilføjede en mikroskopisk last, som bakterierne kunne transportere, mere end fem gange bakteriens størrelse.

Jernbanekonstruktion i bakteriestørrelse

Lektor Amin Doostmohammadi ved Niels Bohr -instituttet forklarer, at tidligere har der har været forsøg på at kontrollere bakteriers adfærd. Men han og hans kolleger vedtog en ny tilgang:"Vi tænkte ved os selv, hvad med at vi opretter et spor til bakterierne? Den måde, vi gør det eksperimentelt på, er at sætte bakterierne inde i en flydende krystal. Tricket er, at en flydende krystal ikke er som en krystal, det er heller ikke en væske, det er et sted midt imellem. Hvert molekyle i krystallen har en orientering, men har ikke en positionsbestilling. Det betyder, at molekylerne kan flyde som en væske, men de kan også justere som en krystal på samme tid. Dette er præcis den fysik, der ligger til grund for LCD -skærme (LCD) til fjernsyn, skærme og mobiltelefoner Vi kan forberede den underliggende flydende krystal, så den tager et veldefineret mønster. Og bakterierne vil orientere sig i samme retning. Det begrænser ikke bakteriebevægelsen, det orienterer dem bare i den retning, vi ønsker dem. "

Mønster design og modelbygning

Stærke bakteriestråler, der bevæger sig i en bestemt retning uden udsving, er eksperimentets store resultat, ifølge Amin Doostmohammadi. Hvad sker der normalt, hvis bakteriestrålerne er stærke nok til at være nyttige, koncentrationen af ​​bakterier skal være høj, og ustabilitet begynder typisk at dukke op. Strålen bliver ustabil og kaotisk. Men i flydende krystal mønster, ustabiliteten kan stort set undertrykkes og forhindre bakteriestrålerne i at blive kaotiske. Mønsteret dikterer retningen. Det betyder, at det er muligt at skabe stråler af bakterier, der er stærke nok til at bære strenge af mikroskopisk last, hvert stykke gods fem gange størrelsen af ​​bakterierne selv.

Et videnskabeligt ekspanderende område

I løbet af de sidste 10 år har det videnskabelige område ekspanderet. I øjeblikket, det er muligt at kontrollere bakterier i temmelig stort omfang og det såkaldte "aktive stof" - bakterierne, kan laves til at rotere eller danne forskellige mønstre. Nu, med denne tilgang, bakteriestråler kan stabiliseres i rummet, så de endda kan bære mikroskopisk last.

"Vi er stadig på et eksperimentelt niveau, og der er endnu ikke et bestemt anvendelsesområde til denne teknik. I øjeblikket, den vigtigste motivation er medicinske applikationer. Men virkelig, når vi tænker over det, vi taler faktisk om en helt ny type materiale. Vi kender den flydende krystal fra før, men nu har vi at gøre med en levende flydende krystal, "Amin Doostmohammadi siger." Du kan forestille dig alle mulige materialevidenskabelige muligheder med denne forskning. Måske kan det gælde for andre systemer, til mobiladfærd eller sædadfærd og så videre. Som teoretisk fysiker, Jeg tænker på de grundlæggende konsekvenser i forhold til videnskaben, men denne evne til lægemiddeltilførsel af bakterier, dette er noget nyt. En ting værd at bemærke er, at når du leverer et lægemiddel på denne måde, du har ikke brug for nogen ydre kraft. Bakterierne gør det selv. Det er som en væske, der pumper sig selv. Det er en selvpumpende væske, så at sige."

Teori og eksperiment er uløseligt forbundet

Resultaterne er opnået i et samarbejde med andre forskningsgrupper. To samarbejdspartnere i USA, Oleg Lavrentovich ved Kent State University og Igor Aranson ved Penn State University - startede denne forskningsgren i 2014. Nu gik vi sammen med Amin Doostmohammadi ved Niels Bohr Institute og Julia Yeomans ved University of Oxford, eksperimenter og teori er gået sammen om at designe og kontrollere stærke bakteriestråler. "Vi har måske en teoretisk idé, men det er koblingen af ​​teori og eksperiment, der faktisk fører til disse lovende resultater, "siger Amin Doostmohammadi.