Proprio come il lievito serve nelle panetterie come aiutante unicellulare, il batterio Escherischia coli è un must in ogni laboratorio di biotecnologie. Un team guidato dalla Prof.ssa Dott.ssa Barbara Di Ventura, professore di ricerca sui segnali biologici all'Università di Friburgo, ha sviluppato un nuovo cosiddetto strumento optogenetico che semplifica un metodo standard in biotecnologia:invece di nutrire i batteri con lo zucchero come si fa comunemente, i ricercatori possono ora semplicemente illuminarli. Di Ventura, Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash dell'ETH di Zurigo/Svizzera e le loro squadre, in primis i primi autori Edoardo Romano e il Dr. Armin Baumschlager, hanno pubblicato i loro risultati in Natura chimica biologia .

"Abbiamo chiamato il nuovo sistema BLADE—dimeri AraC inducibili dalla luce blu in Escherichia coli, " spiega Romano. Gli scienziati controllano l'espressione di un gene desiderato nel batterio E. coli utilizzando il promotore PBAD, che fa parte della rete genetica che regola il metabolismo dello zucchero arabinosio nei batteri. Ciò consente loro di produrre selettivamente proteine ​​e studiare i processi di segnalazione nei batteri. "Questo nuovo costrutto guidato dalla luce può sostituire il diffuso sistema di espressione genica dell'arabinosio, facilitare l'adozione dell'optogenetica tra i microbiologi, " spiega Di Ventura, che è membro dei Cluster di Eccellenza CIBSS—Centre for Integrative Biological Signaling Studies e BIOSS—Centre for Biological Signaling Studies.

L'optogenetica utilizza proteine ​​che rispondono alla luce per regolare le funzioni cellulari. "BLADE è destinato all'uso in biologia sintetica, microbiologia, e biotecnologie. Dimostriamo che il nostro strumento può essere utilizzato in modo mirato, che è veloce e reversibile, " commenta Di Ventura. Per dimostrare con quale precisione BLADE risponde alla luce, Di Ventura e il suo team hanno realizzato batteriografie:immagini create da colture batteriche. BLADE è costituito da una proteina fotosensibile e da un fattore di trascrizione:una proteina che lega una sequenza specifica del DNA presente nella cosiddetta regione promotrice di un gene e controlla se il gene corrispondente viene letto dal macchinario cellulare. I ricercatori hanno controllato con BLADE l'espressione del gene che codifica per una proteina fluorescente per creare i batteriografi.

Gli scienziati di Friburgo hanno illuminato il prato batterico attraverso una fotomaschera incollata sul coperchio delle capsule di Petri. I batteri emettevano fluorescenza nel punto in cui erano illuminati, perché BLADE è stato attivato:le immagini sono state create al microscopio a fluorescenza. In un altro esperimento, i ricercatori hanno usato BLADE per regolare i geni che hanno reso le cellule di E. coli più lunghe, più spessa e a forma di bastoncino. È stato persino possibile invertire i cambiamenti:le cellule sono tornate alla loro forma originale dopo quattro ore senza luce. In questo modo, il sistema può essere utilizzato per studiare molti altri geni, anche geni che non provengono da E. coli.