Исследователи раскрыли генетический код некоторых из самых ярких и ярких цветов в природе. Статья, опубликованная в журнале PNAS, является первым исследованием генетики структурной окраски, наблюдаемой в крыльях бабочки и павлиньих перьях, и прокладывает путь для генетических исследований множества структурно окрашенных организмов.
Исследование, проведенное в сотрудничестве между Кембриджским университетом и голландской компанией Hoekmine BV, показывает, как генетика может изменить цвет и внешний вид некоторых видов ярко окрашенных бактерий. Результаты открывают возможность сбора этих бактерий для крупномасштабного производства наноструктурированных материалов: например, биоразлагаемые нетоксичные краски можно «выращивать», а не производить.
Flavobacterium - это тип бактерий, которые собираются в колонии, производящие яркие металлические цвета, которые возникают не из-за пигментов, а из-за их внутренней структуры, отражающей свет на определенных длинах волн. Однако ученые до сих пор недоумевают, как эти замысловатые структуры были созданы природой с помощью генной инженерии.
«Очень важно картировать гены, ответственные за структурную окраску, для дальнейшего понимания того, как наноструктуры создаются в природе», - сказал первый автор Вилладс Эгеде Йохансен с химического факультета Кембриджа. «Это первое систематическое исследование генов, отвечающих за структурные цвета, - не только у бактерий, но и у любой живой системы».
Исследователи сравнили генетическую информацию с оптическими свойствами и анатомией колоний диких и мутировавших бактерий, чтобы понять, как гены регулируют цвет колонии.
Путем генетической мутации бактерий исследователи изменили их размеры или их способность двигаться, что изменило геометрию колоний. Изменив геометрию, они изменили цвет: изменили первоначальный металлический зеленый цвет колонии во всем видимом диапазоне с синего на красный. Они также могли создать более тусклую окраску или заставить ее полностью исчезнуть.
«Мы нанесли на карту несколько генов с ранее неизвестными функциями и сопоставили их со способностью колоний к самоорганизации и их окраской», - сказал старший автор доктор Колин Ингам, генеральный директор Hoekmine BV.
«С прикладной точки зрения эта бактериальная система позволяет нам создавать настраиваемые живые фотонные структуры, которые можно воспроизводить в изобилии, избегая традиционных методов нанопроизводства», - сказала соавтор доктор Сильвия Виньолини из Кембриджского химического факультета. «Мы видим потенциал в использовании таких бактериальных колоний в качестве фотонных пигментов, которые можно легко оптимизировать для изменения окраски под воздействием внешних раздражителей и которые могут взаимодействовать с другими живыми тканями, тем самым адаптируясь к меняющимся условиям. Будущее открыто для биоразлагаемых красок на наших автомобилях и стенах - просто выращивая именно тот цвет и внешний вид, который мы хотим!"