Biopixel: Lebendes Display aus leuchtenden Bakterien

Viele stäbchen leuchten in unterschiedlicher Helligkeit.
Biopixel

La Jolla (USA) – Mit bis zu 60 Millionen Bakterien entwickelten Forscher in Kalifornien ein lebendes Leuchtdisplay. Sie ordneten die Mikroben auf einem kleinen Chip zu etwa 13.000 blinkenden Biopixeln an. Da diese Lichtpulse in Gegenwart von Umweltgiften wie Arsen schwächer und seltener erstrahlen, könnten solche Bakterien-Displays als empfindliche Sensoren eingesetzt werden. Über ihre ersten Prototypen berichten die Wissenschaftler in einer Vorabveröffentlichung der Zeitschrift "Nature".

„Diese lebenden Sensoren können kontinuierlich über lange Zeiträume eingesetzt werden“, sagt Jeff Hasty von der University of California in San Diego. Damit unterscheiden sie sich von derzeit verfügbaren Einweg-Detektoren, die nur einen einzigen Messwert liefern. Um die verwendeten E.coli-Bakterien zum Leuchten zu bringen, schleusten Hasty und Kollegen ein Gen in das Erbgut ein, wodurch die Mikroben ein fluoreszierendes Protein bilden konnten. Auf einem Glasträger mit winzigen Mikrokammern ordneten sie jeweils etwa 5.000 dieser Bakterien zu einem Biopixel an. Insgesamt 13.000 solcher Pixel umfasste ihr größter Sensor-Prototyp.

Eine Hand hält einen Glasträger mit Strukturen.
Mikrochip mit den Biopixeln

„Diese Kolonien synchronisierten ihre Lichtpulse über ein Gas, das von den Bakterien freigesetzt wird“, sagt Hasty. Dadurch wurde das Fluoreszenzlicht intensiv genug, um es mit bloßem Auge erkennen zu können. Innerhalb der Kolonien kommunizierten die Mikroben über einen anderen Prozess, das sogenannte "quorum sensing". Blinkten die Biopixel in einer schadstofffreien Umgebung noch hell und mit hoher Frequenz, so veränderte sich das Emissionsverhalten deutlich bei der Zugabe geringer Arsenmengen. Sowohl die Blinkfrequenz als auch die Lichtintensität nahmen ab. Innerhalb von fünf Jahren hofft nun Hasty, aus seinen lebenden Biopixeln einen günstigen, zuverlässigen und handlichen Sensor entwickeln zu können.