H. Newton meets E. coli.

27. Dezember 2005
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Noch kein Weihnachtsgeschenk? Ein Blick in den Labortrakt der Universität in San Francisco könnte helfen, wo sich Forscher gerade anschicken, die Fotografie neu zu erfinden. Statt Fotopapier kommen genveränderte Bakterien zum Einsatz. Das Ergebnis sind die lebendigsten Bilder, die Sie je gesehen haben...

Der ziemlich unscharfe Blick hinaus durchs Fenster aus einem kleinen Zimmer irgendwo in Frankreich gilt gemeinhin als die erste Fotografie der Welt. Sie wurde 1826 von Joseph Nicéphore Niépce aufgenommen. Seinem Kollegen Louis Daguerre, der eine etwas andere Technik anwandte, kam er damit nur wenig zuvor. Um sein Resultat zu erhalten, hatte Niépce damals fast einen ganzen Tag lang belichten müssen. In der Folge strömten tausende Bürger in die Fotostudios der ersten Generation, um sich dort fotografieren oder daguerrotypieren zu lassen. Aufwändige Holzkonstruktionen stützten die Körper dabei ab, damit die Personen auf dem Bild trotz Belichtungszeiten von zwanzig Minuten und mehr identifizierbar blieben.

Fotopapier aus dem Genbaukasten

Keine 200 Jahre später ereilt uns jetzt eine Meldung von den Universitäten von Kalifornien in San Francisco und Texas in Austin, die das Zeug hat, die Kunstwelt zu revolutionieren. Statt Fotopapier mit Silberionen benutzen die Wissenschaftler um Christopher Voigt einen Bakterienrasen als Bildträger und erhalten das, wovon jeder Amateurfotograf träumt: Lebendige Bilder. Das Bakterium, das sie dazu einsetzen, ist wenig spektakulär. Es handelt sich um Escherichia coli, bekannt als natürlicher Bewohner des menschlichen Verdauungstrakts sowie als Erreger einiger Arten von Lebensmittelvergiftungen. Ein Keim, der die absolute Dunkelheit gewohnt ist, billig zu kaufen, überall erhältlich, und damit geradezu ideal für den Einsatz als universelles Fotopapier.
Wird E. coli mit einer Lampe bestrahlt, passiert gar nichts. Voigt und seine Kollegen haben deswegen ein wenig nachgeholfen, und den Keim aufwändig genetisch bearbeitet. Sie berichten darüber in der Zeitschrift Nature. Aus Cyanobakterien haben sie sich das Gen für ein Lichtsensorsystem genommen, ein so genanntes Phytochromsystem. Dieses besteht aus einer extrazellulären, lichtempfindlichen Domäne und einem intrazellulären Teil, dessen Konformation sich abhängig von der Beleuchtung ändert. In Cyanobakterien freilich ist dieses Phytochromsystem nicht direkt an das Genom angekoppelt, es reguliert also keine Gene. Deswegen haben die Wissenschaftler aus San Francisco noch etwas weiter gebastelt und das ganze Konstrukt an eine Histidinkinase gekoppelt, die im E. coli-Bakterium genregulatorisch aktiv ist. Normalerweise reguliert diese Histidinkinase die Produktion von Porinen, also Wasserkanälen in der Zellwand. Das passiert insbesondere dann, wenn E. coli osmotischem Druck ausgesetzt ist. Es handelt sich also um eine Art Notfallhebel bei einem osmotischen Schock.

Späte Ehre für den Pionier der Alternativfotografie

Diesen Notfallhebel namens Histidinkinase, der durch die gentechnische Kopplung an ein Phytochromsystem lichtsensibel gemacht wurde, gibt es auch als Mutante, und das ist das Entscheidende. Bei dieser Mutante, dem deltaEnvZ E. coli-Stamm, kommt es zu einer Chromosomenfusion, die dazu führt, dass das Histidinkinasesystem quasi im Vorbeigehen die Expression eines Enzyms mitreguliert, das einen schwarzen Farbstoff produziert. Wird nun diese Mutante als Zielbakterium für den mit einer Histidinkinase aufgepeppten Fotorezeptor des Cyanobakteriums verwendet, dann hängt die Farbstoffproduktion des Bakteriums plötzlich von der Belichtung ab. Die normale Farbstoffproduktion wird bei Bestrahlung mit einer Lichtquelle herunter reguliert. Das Bakterium wird hell.

Wer bis hier her mitgedacht hat, dem könnte aufgefallen sein, dass es zwischen einer herkömmlichen Fotografie und einer, nennen wir es einmal Bakteriografie, neben der Art der lichtempfindlichen Schicht – Silberionen hier, lichtsensible E. coli-Bakterien da – noch einen zweiten Unterschied gibt. Bei Silberionentechnik werden nämlich die belichteten Areale schwarz: Es entsteht ein Negativ, das auf Fotopapier umkopiert werden muss. Auf dem in einer Petrischale ausgesäten, genmanipulierten Bakterienrasen dagegen werden jene Areale, die Licht abbekommen, hell. Es handelt sich demnach nicht um ein Negativverfahren, sondern um ein Direktpositivverfahren. Damit erfährt Louis Daguerre, dessen heute ausgestorbene Daguerrotypien in der Mitte des 19. Jahrhunderts ebenfalls als Direktpositive entstanden, 150 Jahre nach dem scheinbar unwiderruflichen Sieg der Negativverfahren eine späte Rehabilitation: Die lebendigsten Fotos, die je aufgenommen wurde, sind und bleiben Direktpositive.

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