Ученые и художники используют генную инженерию и воображение, чтобы с помощью микробов создавать замысловатые художественные картиныУченые и художники используют генную инженерию и воображение, чтобы с помощью микробов создавать замысловатые художественные картины
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 агаром, которым любят питаться ярко окрашенные бактерии. Она осторожно окунает простерилизованную в огне петлю - 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 Буйвида.
Розалинд Франклин (1920 — 1958) — английский биофизик и рентгенограф, занималась изучением структуры ДНК. Розалинд Франклин известна в большей степени своей работой над получением рентгенограмм структуры ДНК. Сделанные ею снимки отличались особой чёткостью и подготовили почву для выводов о структуре ДНК, сделанных Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком - прим.ред.
Одо Феликс Казимеж Буйвид (1857 — 1942) — польский учёный. Известен как пионер польской бактериологии. Был одним из первых исследователей вакцин в Польше.
Конкурс открыт для всех - ученых, художников, нехудожников, даже для детей. Лаборатории предлагают биологически модифицированных микроорганизмов для проведения мастер-классов по искусству, а домашние наборы позволяют любому желающему самостоятельно приготовить агар и вырастить свои собственные разноцветные бактерии. Большинство микробов не вызывают заболеваний у человека, но новичкам лучше начать с таких вариантов, где штаммы были сконструированы или тщательно отобраны в целях безопасности.
В этом году первую премию получило изображение микробиолога Фанни Гессе с помощью четырех различных микробов. Художники посвятили работу Гесс за ее вклад в разработку питательного агара. Конкурс American Society For Microbiology Agar Art 2022; Joaquín Acosta, André Barbet, Camilo Berríos-Pastén and Andrés E. Marcoleta from the Universidad de Chile
Фанни Гессе (1850 — 1934) — американская и немецкая учёная-микробиолог. Стала известной благодаря работам по микробиологии, которые способствовали применению агар-агара в качестве среды для культивирования микроорганизмов - прим.ред.
В некотором смысле микробное искусство просто, говорит Мехмет Беркмен, генетик бактерий из New England Biolabs, 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. Например, если вы поместите бактерию красного цвета рядом с бактерией белого цвета, то белая бактерия может производить химические вещества, которые помешают другой бактерии приобрести красный цвет, объясняет Беркмен. "Поэтому нужно знать не только их по отдельности, но и [как они взаимодействуют] в группе".
Чтобы обойти эту проблему, некоторые ученые-художники генетически модифицируют один и тот же вид микроорганизмов в разные цвета. Этот трюк требует заимствования генов у других организмов, которые умеют делать определенные цвета, например, у моркови, которая кажется оранжевой из-за пигмента бета-каротина. 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.
Преимущество такого "плагиата" генов заключается в том, что это дает художнику больше возможностей контролировать свои прихотливые живые краски, объясняет Пинглай.
Микробы также могут быть специально изменены таким образом, чтобы они были безопасны для человека - это важная причина, по которой 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 модифицированных дрожжей.
Это изображение картины Эдварда Мунка "Крик" (1893) полностью сделано из дрожжей. 24 576 биопикселей были нанесены специальным устройством. Jasmine Temple and Jef Boeke lab.
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 обитания, предпочитая разные температуры и растут с разной скоростью. Так, вам может понадобиться поместить оранжевую бактерию на несколько дней раньше фиолетовой, если оранжевый вид растет гораздо медленнее. Или - если вы не боитесь 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".
Этот портрет Рут Бейдер Гинзбург, занял второе место в конкурсе ASM "Агар Арт 2019". Конкурс агарового искусства 2019 года Американского общества микробио - логии; Michael Taveirne of North Carolina.
(Рут Бейдер Гинзбург - знаменитый американский юрист, судья Верховного суда США - прим.ред.).
После десятилетнего изучения различных видов для своих работ, несмотря на отсутствие знаний в области микробиологии, Пениль Кобо знает о предпочтениях и взаимодействии организмов больше, чем даже Беркмен. Он говорит, что ее знания могут помочь другим художникам и ученым в будущем.
Раскрытие красоты микробов привело к полезным научным приложениям. Например, Беркмен хотел снять таймлапс-видео растущего микробного искусства, но это было трудно сделать, не подвергая агар воздействию воздуха, который быстро высушивает среду. Без этой необходимой пищи и воды бактерии перестанут расти и в конечном итоге погибнут. Поэтому, чтобы решить эту проблему, Беркмен и его коллеги построили специальную камеру и начали добавлять 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 (см. видео ниже). Позже он подробно описал конструкцию аппарата и процесс в статье, опубликованной в журнале Journal of Bacteriology.
"Это была научная публикация, которая началась с попытки показать красоту бактерий", - говорит он, добавляя, что надеется, что устройство и в дальнейшем поможет раскрыть невидимое 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",
- смеется Беркмен. "Трудно передать это с помощью традиционной научной коммуникации, [но] искусство - это универсальный язык".
