Eine Zimmerwand, deren Farbe nicht ausbleicht – diesem Ziel ist ein internationales Forschungsteam ein Stück nähergekommen. Gegenstand ihrer Untersuchungen waren farbige Bakterienkulturen. Das Prinzip dahinter ist identisch zu dem, wie Schmetterlinge ihre Farben präsentieren: Diese werden nicht wie in konventionellen Pigmenten durch Absorption bestimmter Wellenlängen erzeugt, sondern durch Lichtbrechung. Nanoskopische Partikel erzeugen dabei eine optische Interferenz, die unserem Auge farbig erscheint.
Schon länger ist bekannt, dass auch einige Bakterienkolonien solche glitzernden und schillernden Strukturfarben ausbilden. Ein Beispiel ist oben zu sehen: Das Meeresbakterium Marinobacter alginolytica produziert in seinen Zellen geordnete Strukturen, die wie ein photonischer Kristall wirken. Ihre Wellenlängen-spezifische Lichtbrechung erzeugt den schillernden Farbeindruck.
Um herauszufinden, wie diese erzeugt werden und welche genetische Bauanleitung dahintersteckt, haben Aldert Zomer von der Universität Utrecht und seine Kollegen die DNA von 87 gefärbten und 30 farblosen Bakterienstämmen analysiert. Zusätzlich trainierte das internationale Forschungsteam eine Künstliche Intelligenz darauf, anhand des jeweiligen Genoms festzustellen, ob ein bestimmtes Bakterium eine Farbe entwickeln wird und welche. “Mit diesem Modell haben wir über 250.000 bakterielle Genome und 14.000 Umweltproben aus internationalen Open-Science-Repositorien analysiert”, erklärt Seniorautor Bas Dutilh von der Universität Jena.
Die Genanalysen ergaben, dass Bakterien aus Ozeanen, Süßwassergebieten und der Tiefsee auffällig häufig die für die Strukturfarben verantwortlichen Genkombinationen aufweisen. “Im Gegensatz dazu weisen Mikroben in wirtsassoziierten Lebensräumen, wie dem menschlichen Mikrobiom, nur eine sehr geringe strukturelle Farbe auf”, berichtet Dulith.
Aber was nützt den Bakterien in der nachtschwarzen Tiefsee eine Farbe, die nur durch Lichteinfall sichtbar wird? Die Forschenden gehen davon aus, dass die Gensequenzen noch andere Aufgaben im Organismus übernehmen, beispielsweise den Schutz des Bakteriums vor Virenbefall. Die Färbung wäre in diesem Fall nur ein hübscher Nebeneffekt. Ein Nebeneffekt, den sich der Mensch zunutze machen könnte: Nachhaltige Farben, die ohne giftige Schwermetalle wie Chrom auskommen und trotzdem nur langsam ausbleichen, wären eine Möglichkeit.
Das Atom der Biologen
