Яркие бактерии могут стать основой для «выращивания» красок и покрытий

Исследователи расшифровали генетический код, лежащий в основе некоторых из самых ярких и насыщенных цветов в природе. Работа, опубликованная в журнале PNAS, является первым исследованием генетики структурной окраски (как у крыльев бабочек или павлиньих перьев) и открывает путь для генетических исследований множества структурно окрашенных организмов.

Исследование, проведенное в сотрудничестве Кембриджского университета и голландской компании Hoekmine BV, показывает, как генетика может изменять цвет и внешний вид определенных типов ярко окрашенных бактерий. Результаты открывают возможность использования этих бактерий для крупномасштабного производства наноструктурированных материалов: например, можно будет «выращивать», а не производить, биоразлагаемые нетоксичные краски.

Flavobacterium — это тип бактерий, которые собираются в колонии, производящие поразительные металлические цвета. Эти цвета происходят не от пигментов, а от внутренней структуры, которая отражает свет на определенных длинах волн. Однако ученые до сих пор не понимают, как природа генетически «конструирует» эти сложные структуры.

«Крайне важно картировать гены, ответственные за структурную окраску, для дальнейшего понимания того, как наноструктуры создаются в природе», — заявил первый автор Вилладс Эгеде Йохансен из химического факультета Кембриджа. «Это первое систематическое исследование генов, лежащих в основе структурных цветов — не только у бактерий, но и у любой живой системы».

Исследователи сопоставили генетическую информацию с оптическими свойствами и анатомией колоний дикого типа и мутантных бактерий, чтобы понять, как гены регулируют цвет колонии.

Генетически мутируя бактерии, исследователи изменяли их размеры или способность к движению, что меняло геометрию колоний. Изменяя геометрию, они меняли цвет: исходный металлический зеленый цвет колонии был изменен во всем видимом диапазоне от синего до красного. Также удалось создать более тусклую окраску или заставить цвет полностью исчезнуть.

«Мы картировали несколько генов с ранее неизвестными функциями и связали их со способностью колоний к самоорганизации и их окраской», — сказал старший автор доктор Колин Ингхэм, генеральный директор Hoekmine BV.

«С прикладной точки зрения, эта бактериальная система позволяет нам получать настраиваемые живые фотонные структуры, которые можно воспроизводить в больших количествах, избегая традиционных методов нанофабрикации», — заявила соавтор доктор Сильвия Виньолини с химического факультета Кембриджа. «Мы видим потенциал в использовании таких бактериальных колоний в качестве фотонных пигментов, которые можно легко оптимизировать для изменения окраски под внешними стимулами и которые могут взаимодействовать с другими живыми тканями, адаптируясь к переменчивой среде. Будущее открыто для биоразлагаемых красок на наших автомобилях и стенах — просто выращивая именно тот цвет и внешний вид, который мы хотим!»