Эти замысловатые "живые" картины кишат микроскопическими организмами

Ученые и художники используют генную инженерию и воображение для выращивания микробов в замысловатые, художественные узоры.

Отредактировано 2023-25-06
коллаж из шести пластин агара на которых растут разноцветные бактерии намеренно выращенные в художественных формах некоторые пластины включают изображения медуз и нейронов есть и абстрактное искусство например две пластины изображающие связь между матерью и ребенкомЭти замысловатые рисунки - живые. Микробное искусство становится все более популярным после учреждения в 2015 году глобального конкурса Американского общества микробиологии.

Когда у художницы Марии Пениль Кобо возникает новая идея для картины, она начинает с выбора палитры бактерий. Возможно, Serratia marcescens, которая цветет ярким вишнево-красным цветом, или Streptomyces coelicolor, которая растет небесно-голубой. Ее холст - это чашка Петри, наполненная желеобразным веществом под названием агар, которым любят питаться ярко окрашенные бактерии. Она осторожно окунает простерилизованную в огне проволоку - свою кисточку - в Serratia и рисует на холсте невидимый узор. Через несколько дней бактерии размножатся и приобретут форму медузы, которую можно будет увидеть невооруженным глазом.

В лабораториях ученые и художники, такие как Пениль Кобо, выращивают на агаре творения искусства для ежегодного конкурса микробного искусства Американского общества микробиологии (ASM). С момента начала конкурса в 2015 году победители со всего мира создали изображения всего, от верблюдов до одуванчиков - все из микробов. Победители этого года, объявленные 30 ноября, нарисовали портреты своих любимых микробиологов, включая Розалинд Франклин и Одо Бужвида.

Конкурс открыт для всех - ученых, художников, нехудожников, даже для детей. Общественные лаборатории предлагают биоинженерные микробы для общественных художественных мастерских, а домашние наборы позволяют любому заварить агар и вырастить свои собственные разноцветные бактерии. Большинство микробов не вызывают заболеваний у человека, но новичкам лучше начать с этих вариантов, где штаммы были сконструированы или тщательно отобраны для безопасности.

четыре художественные пластины с изображением портрета микробиолога Фанни Хессе. каждая из них разного цвета - фиолетовая, желтая, розовая и голубаяВ этом году на первом призе из Америки изображена микробиолог Фанни Гессе в четырех различных микробах. Художники посвятили работу Гессе за ее вклад в разработку питательного агара. Конкурс American Society For Microbiology Agar Art 2022; Хоакин Акоста, Андре Барбе, Камило Берриос-Пастен и Андрес Э. Марколета из Университета Чили.

В некотором смысле микробное искусство просто, говорит Мехмет Беркмен, генетик бактерий из New England Biolabs в Ипсвиче, штат Массачусетс, который выиграл первый конкурс ASM вместе с художником Пенилем Кобо в 2015 году. Микробиологи давно знают, что бактерии бывают самых разных форм и оттенков, а ученые-художники используют разноцветные бактерии для создания произведений искусства по крайней мере с 1920-х годов. Создание микробных шедевров мало чем отличается от рисования. Но поскольку оттенки - это живые клетки, трудно точно предсказать, что они будут делать по мере роста. Если, например, поместить бактерию красного цвета рядом с бактерией белого цвета, белая бактерия может производить химические вещества, которые не позволят другой бактерии получить красный цвет, говорит Беркмен. "Поэтому нужно знать не только их по отдельности, но и [как они взаимодействуют] в группе".

Чтобы обойти эту проблему, некоторые ученые-художники генетически создают микробы одного и того же типа разных цветов. Этот трюк требует заимствования генов у других организмов, которые умеют делать определенные цвета, например, у моркови, которая выглядит оранжевой из-за небольших молекул, или пигментов, называемых бета-каротином. Перенеся гены бета-каротина из моркови в микроб, ученый может заставить микроорганизм производить оранжевый цвет.

"Мы просто беззастенчиво плагиатим то, что существует в природе", - говорит Сударшан Пинглай, биолог-синтетик из Нью-Йоркского университета Langone Health.

Преимущество "плагиата" генов заключается в том, что это дает художнику больше возможностей контролировать свои прихотливые живые краски, говорит Пинглай. Микробы также могут быть специально изменены таким образом, чтобы они были безопасны для человека - это важная причина, по которой гражданские ученые-художники могут предпочесть манипулируемые бактерии видам, выращенным в дикой природе. Созданные в лаборатории микроорганизмы лучше обеспечивают безопасность. Они также позволяют очень точно воспроизвести дизайн, как, например, пиксельная репродукция "Крика", созданная в лаборатории Пинглая, полностью состоящая из манипулируемых дрожжей.

пиксельная копия знаменитой картины Это изображение картины Эдварда Мунка "Крик" (1893) полностью сделано из дрожжей. 24 576 биопикселей были нанесены специальной машиной. Лаборатория Жасмин Темпл и Джефа Боке

Другие ученые-художники, такие как Пениль Кобо и Беркмен, предпочитают придерживаться оригинальных оттенков, которые микробы производят в природе. Помимо того, что необходимо предусмотреть взаимодействие между видами, использование различных штаммов является сложной задачей, поскольку они могут быть придирчивы к условиям жизни, предпочитая разные температуры и растут с разной скоростью. Так, вам может понадобиться окрасить оранжевую бактерию на несколько дней раньше фиолетовой, если оранжевый вид растет гораздо медленнее. Или - если вы хотите избежать неожиданностей - вы можете вырастить их все сразу и посмотреть, что получится.

"В принципе, правил нет", - говорит Беркмен. Но чтобы создать хорошее искусство, как и в случае с любым другим средством, "вы должны быть очень хорошо знакомы с этим..... А это приходит только с опытом".

пластина агара с изображением Рут Бейдер Гинзбург, выращенная с помощью розового микробаЭтот портрет RBG, Рут Бейдер Гинзбург, занял второе место в конкурсе ASM "Агар Арт 2019". Конкурс агарового искусства 2019 года Американского общества микробиологии; Майкл Тавеирн из Северной Каролины

После десятилетнего изучения различных видов для своих работ, несмотря на отсутствие знаний в области микробиологии, Пениль Кобо знает о предпочтениях и взаимодействии животных больше, чем даже Беркмен. Он говорит, что ее знания могут помочь другим художникам и ученым в будущем.

Раскрытие красоты микробов привело к полезному научному применению. Например, Беркмен хотел снять таймлапс-видео растущего микробного искусства, но это было трудно сделать, не подвергая агар воздействию воздуха, который быстро высушивает желеобразную среду. Без этой необходимой пищи и воды бактерии перестанут расти и в конечном итоге погибнут. Поэтому, чтобы решить эту проблему, Беркмен и его команда построили специальную камеру и начали добавлять в нее компоненты для поддержания агара в увлажненном состоянии. Технология визуализации позволила ему увидеть, как некоторые виды Bacillus изменили цвет с белого на оранжевый через три недели - такое наблюдение никогда не регистрировалось ранее, потому что никто никогда не наблюдал за ростом бактерий в течение такого длительного периода времени. Позже он подробно описал конструкцию аппарата и процесс в исследовании, опубликованном в журнале Journal of Bacteriology.

"Это была научная публикация, которая началась с попытки показать красоту бактерий", - говорит он, добавляя, что надеется, что прибор и дальше будет помогать раскрывать невиданное поведение микроорганизмов.

Беркмен рассматривает микробные произведения искусства как ценный инструмент для исправления плохой репутации бактерий. В мире с миллионами видов микробов - некоторые считают, что их триллион - лишь небольшой процент из них вызывает заболевания у людей. Эти замысловатые картины могут помочь познакомить людей с полезными видами.

Микробы - "как панды: красивые и пушистые", - говорит Беркмен. "Трудно передать это с помощью традиционной научной коммуникации, [но] искусство - это универсальный язык".

Изображения микробов любезно предоставлены художниками и Американским обществом микробиологии. Посмотрите другие работы на странице конкурса ASM.