Nanostructuur geeft bacteriën hun kleur

Onderzoekers hebben het mechanisme ontrafeld waarmee bacteriekolonies van kleur veranderen. Door de micro-organismen genetisch een beetje aan te passen, gaan ze in een andere nanostructuur liggen, waardoor ze een andere kleur krijgen. In de toekomst zijn bacteriën misschien te gebruiken als bio-afbreekbare verf.

Read this article in English

In de natuur komen de prachtigste kleuren voor, bijvoorbeeld bij vlinders. Zij hebben miljoenen kleine schubjes op hun vleugels, gerangschikt op een specifieke manier. Door de repeterende structuur van de schubben weerkaatst alleen licht met een bepaalde golflengte, waardoor de vleugels bijvoorbeeld metallic blauw zijn. Door de afstand tussen de schubben te veranderen, wordt licht met een andere golflengte weerkaatst. Zo krijgen vlinders allerlei verschillende kleuren.
 

Kolonie

Flavobacteriën danken hun kleur aan hetzelfde principe. Samen vormen ze een grote groep, een kolonie. De bacteriën liggen op zo’n manier tegen elkaar aan, dat de kolonie een metallic kleur heeft, net zoals een vlindervleugel. Wetenschappers van de University of Cambridge en het Nederlandse biotechnologiebedrijf Hoekmine BV ontdekten welke genen verantwoordelijk zijn voor de kleur van een kolonie, 
 

Andere ligging

Door bepaalde genen aan te passen, veranderde de vorm of het bewegingsvermogen van de bacteriën. Hierdoor kwamen ze op een andere manier tegen elkaar aan te liggen binnen de kolonie, wat een nieuwe kleur opleverde. Op deze manier maakten de onderzoekers kolonies van allerlei kleuren, zoals rood en blauw; de natuurlijke verschijningsvorm is groen. Daarnaast konden ze ook kleuren dof maken, of zelfs laten verdwijnen.
 

Gekleurde muren

'We kunnen deze bacteriekolonies gaan gebruiken als instelbare, levende fotonische structuren, die zichzelf ook nog eens prima voortplanten. Daarmee kunnen we wellicht de conventionele nanofabricagemethoden vermijden', aldus chemicus Silvia Vignolini van de University of Cambridge, die deel uitmaakt van het onderzoeksteam, in een persbericht. 'Wij willen dit gebruiken als fotonische pigmenten die helemaal in te stellen zijn om van kleur te veranderen onder een externe prikkel. In de toekomst zien we bioafbreekbare verven voor ons, en gekleurde muren die precies de kleur aannemen die we willen.'
 

Nabootsen

'Het is apart dat deze genen niet eerder zijn onderzocht', zegt Colin Ingham, CEO van Hoekmine BV. 'want we kunnen een goed voorbeeld nemen aan de manier waarop ze kleuren veroorzaken.' Als voorbeeld noemt Ingham de autofabrikant Lexus. 'Om auto's met de kleur Structural Blue te maken, gebruikt Lexus technieken gebaseerd op de vleugel van een blauwe vlinder.' Je kunt dus natuurlijke kleuren nabootsen door de nanostructuur met een ander materiaal na te maken.
 

Biosensor

Volgens Ingham zijn de flavobacteriën mogelijk ook nuttig als biosensor. Het idee is dat wetenschappers bij de bacteriën moleculen inbrengen die gevoelig zijn voor een giftige stof. Wanneer die het gif detecteren, verandert de kolonie van kleur. Dit werkt dus als een alarmbel die zegt dat de giftige stof aanwezig is. 

Als vervolgonderzoek wil Ingham ook in andere organismen de genen vinden die zorgen voor structurele kleuren. Daarnaast hoopt hij in de toekomst nieuwe kleuren te maken door middel van CRISPR-Cas, een precieze methode om genen te bewerken (lees: 'Techniek voor genbewerking breekt door').

Openingsfoto: kolonies flavobacteriën. Hun kleur is afhankelijk van de ligging van de bacteriën en de hoek waarmee ze worden belicht. Bron University of Cambridge