С помощью трехмерной печати из бактерий можно довольно быстро создавать разнообразные химические датчики и даже микросхемы для «клеточного компьютера».

Технология трехмерной печати позволяет использовать в качестве «чернил» самые разные вещества. И действительно, в последнее время что только не загружают в 3D-принтеры, начиная от хитроумных термо- и светочувствительных полимеров, из которых делают предметы, меняющие форму при изменении температуры или освещенности, и вплоть до белков, из которых создают полусинтетические органы. (Об одном таком органе мы как-то писали – это был яичник, белковый каркас для которого создали именно с помощью 3D-принтера.)

Рука с бактериальным деревом, напечатанном на 3D-принтере; три части рисунка соответствуют трем разным генетическим модификациям бактерий. (Фото: MIT.)

В напечатанном дереве из бактерий три части рисунка реагировали каждая на свое вещество. (Фото: MIT.)

Более того, время от времени исследователи пытаются напечатать что-то прямо из живых клеток. Но пока что клеточная печать далеко не продвинулась, по той простой причине, что наши клетки, которых от внешней среды ограждает всего лишь двуслойная липидная мембрана, не выдерживают условий метода и гибнут.

Ну а если взять не клетки человека и животных, а бактерий? У них ведь кроме мембраны есть еще достаточно мощная клеточная стенка, и вообще бактерии не так чувствительны к экстремальным воздействиям, как клетки эукариот, так что вполне возможно, что 3D-принтер они легко переживут.

Чтобы печатать бактериями, для них нужно подобрать среду, в которой их они бы могли бы жить, будучи нанесенными на поверхность. В бактериальных «чернилах», созданных Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) и его коллегами из Массачусетского технологического института, носителем для бактерий сделали гидрогель на основе плуроновой кислоты: такой гидрогель удерживает воду с питательными веществами, позволяя клеткам жить и функционировать, и вполне подходит для 3D-принтера.

Перед экспериментом бактерии проходили генетическую модификацию, которая делала их чувствительных к тому или иному веществу: если в среде появлялось нужное вещество, бактерии синтезировали флуоресцентный белок. Затем с помощью 3D-принтера на специальном эластичном материале печатали древообразный рисунок, состоящий из бактерий трех типов, реагирующих на три разных вещества (понятно, что принтер позволяет смешивать и чередовать «чернила» так, как нам вздумается). Получившийся рисунок приклеивали к человеческой руке, которую перед тем смочили раствором с тремя видами сигнальных молекул – и в итоге рисунок на руке начал светиться: разные бактерии почувствовали каждая свое вещество и сделали в ответ флуоресцентный белок.

В статье в Advanced Materials говорится, что бактериальные «3D-чернила» позволяют печатать с очень высоким разрешением – до 30 микрометров, что, в свою очередь, наводит на мысль о бактериальных микросхемах, в которых группы бактерий выполняют логические операции, подобно микросхемам в компьютере.

О бактериальном калькуляторе мы уже как-то писали. Его суть в том, что бактерии обрабатывают определенные химические сигналы, которые могут сочетаться по правилам логических операторов AND, OR и т. д. В случае бактериальной микросхемы бактерии могут передавать сигналы другим бактериям, которые, в зависимости от комбинации сигналов, будут формулировать ответ. Такая микросхема вполне может анализировать сложные химические условия среды, учитывая комбинации разных веществ, температуру и т. д. (Некоторые из таких микросхем напечатали сами авторы работы.)

Но даже если пока не задумываться о «клеточных компьютерах», то и в простом виде бактериальные «распечатки» могут сыграть большую роль в биотехнологии и медицине. Поскольку методы генетической инженерии позволяют «настроить» бактерий на самые разные соединения, то можно представить, сколько разнообразных химических датчиков можно довольно быстро сделать с помощью трехмерной печати, кроме того, из них можно делать умные лекарства, которые высвобождали бы препараты в строго определенное время и в строго определенных условиях.