За допомогою тривимірного друку з бактерій можна досить швидко створювати різноманітні хімічні датчики і навіть мікросхеми для «клітинного комп'ютера».
Технологія тривимірного друку дозволяє використовувати як «чорнила» різні речовини. І дійсно, останнім часом що тільки не завантажують в 3D-принтери, починаючи від хитромудрих термо- і світлочутливих полімерів, з яких роблять предмети, що змінюють форму при зміні температури або освітленості, і аж до білків, з яких створюють напівсинтетичні органи. (Про один такий орган ми якось писали - це був яєчник, білковий каркас для якого створили саме за допомогою 3D-принтера.)
Більше того, час від часу дослідники намагаються надрукувати щось прямо з живих клітин. Але поки що клітинний друк далеко не просунувся, з тієї простої причини, що наші клітини, яких від зовнішнього середовища захищає всього лише двошарова ліпідна мембрана, не витримують умов методу і гинуть.
Ну а якщо взяти не клітини людини і тварин, а бактерій? Адже у них крім мембрани є ще досить потужна клітинна стінка, і взагалі бактерії не такі чутливі до екстремальних впливів, як клітини еукаріот, так що цілком можливо, що 3D-принтер вони легко переживуть.
Щоб друкувати бактеріями, для них потрібно підібрати середовище, в якому їх вони б могли жити, будучи нанесеними на поверхню. У бактеріальних «чорнилах», створених Сюаньхе Чжао (Xuanhe Zhao) і його колегами з Массачусетського технологічного інституту, носієм для бактерій зробили гідрогель на основі плуронової кислоти: такий гідрогель утримує воду з поживними речовинами, дозволяючи клітинам жити і функціонувати, і цілком підходить для 3D-принтера.
Перед експериментом бактерії проходили генетичну модифікацію, яка робила їх чутливих до тієї чи іншої речовини: якщо в середовищі з'являлася потрібна речовина, бактерії синтезували флуоресцентний білок. Потім за допомогою 3D-принтера на спеціальному еластичному матеріалі друкували древоподібний малюнок, що складається з бактерій трьох типів, що реагують на три різних речовини (зрозуміло, що принтер дозволяє змішувати і чергувати «чорнила» так, як нам заманеться). Малюнок приклеювали до людської руки, яку перед тим змочили розчином з трьома видами сигнальних молекул - і в підсумку малюнок на руці почав світитися: різні бактерії відчули кожна свою речовину і зробили у відповідь флуоресцентний білок.
У статті в Advanced Materials сказано, що бактеріальні «3D-чорнила» дозволяють друкувати з дуже високою роздільною здатністю - до 30 мікрометрів, що, своєю чергою, наводить на думку про бактеріальні мікросхеми, в яких групи бактерій виконують логічні операції, подібно до мікросхеми в комп'ютері.
Про бактеріальний калькулятор ми вже якось писали. Його суть у тому, що бактерії обробляють певні хімічні сигнали, які можуть поєднуватися за правилами логічних операторів AND, OR тощо. У разі бактеріальної мікросхеми бактерії можуть передавати сигнали іншим бактеріям, які, залежно від комбінації сигналів, будуть формулювати відповідь. Така мікросхема цілком може аналізувати складні хімічні умови середовища, враховуючи комбінації різних речовин, температуру тощо. (Деякі з таких мікросхем надрукували самі автори роботи.)
Але навіть якщо поки не замислюватися про «клітинні комп'ютери», то і в простому вигляді бактеріальні «роздруківки» можуть зіграти велику роль у біотехнології та медицині. Оскільки методи генетичної інженерії дозволяють «налаштувати» бактерій на різні сполуки, то можна уявити, скільки різноманітних хімічних датчиків можна досить швидко зробити за допомогою тривимірного друку, крім того, з них можна робити розумні ліки, які вивільняли б препарати в строго певний час і в строго певних умовах.