Computer, Maschinen, Messinstrumente – sie alle sollen in Zukunft auf Nanometergröße schrumpfen. Aber wie? Jetzt haben Wissenschaftler einen neuen Ansatz gefunden: Sie nutzen Bakterienzellen als Teil von winzigen bio-elektrischen Schaltkreisen. Sie könnten den Bau von nur atomgroßen Instrumenten deutlich vereinfachen und beispielsweise neuartige Sensoren gegen biologische Waffen liefern.
Die Forscher der Universität von Wisconsin in Madison sind der Ansicht, dass Mikroben sich gut als Teil von komplexen Nanostrukturen eignen und so die schwierige und zeitaufwändige Konstruktion von Bauteilen im Nanometermaßstab vereinfachen könnten. „Eine der großen Herausforderungen der Nanotechnologie bleibt das Zusammenbauen von Nanobauteilen zu komplexeren Systemen“, erklärt Robert Hamers, Professor für Chemie an der Universität. „Wir glauben, dass Bakterien und andere kleine biologische Systeme als Vorlagen für noch komplexere Systeme genutzt werden können.“
Um dies zu zeigen, haben Hamers und seine Kollegen Joseph Beck, Lu Shang und Matthew Marcus ein System entwickelt, in dem lebende Bakterien gezielt durch einen schmalen Kanal mit Elektroden geleitet werden. Zwischen den Elektroden befinden sich etwa zellbreite Lücken. Die Bakterien lagern sich zwischen zwei Elektroden an und dienen so als biologische Verbindung. Gleichzeitig werden dabei ihre elektrischen Eigenschaften ermittelt und dienen der Identifizierung der Mikroben. “Man kann sie messen und freigeben, ganz wie man will”, erklärt Beck. Die Bakterienzellen könnten so die Basis für einen Sensor bilden, der in Echtzeit auf Flughäfen, in Bahnhöfen, Poststationen oder Wolkenkratzern nach gefährlichen biologischen Agenzien schnüffeln könnte.
Durch die komplexe Zelloberfläche der Bakterien und ihre Fähigkeit, auch an andere Moleküle anzudocken, könnten neben solchen einfachen Schaltern auch komplexere Nanostrukturen „gebaut“ werden, so der Forscher. Damit erspare man sich das Hantieren mit den winzigen Röhrchen und Nanodrähten, die heute die Rohmaterialien für die meisten Nanobauteile liefern. „Man könnte sogar Bakterien gezielt züchten, die die gewünschten Oberflächenstrukturen tragen“, so Beck. So wäre es möglich, mikroskopisch kleine Goldteilchen an die Hülle der Mikroben zu heften, um es wie ein Nano-Goldröhrchen einsetzen zu können.
Die Fähigkeit, mit einem solchen Aufbau einzelne Mikroben einzufangen und zu analysieren, könnte auch für die konventionelle Biotechnologie eingesetzt werden. Nach Ansicht von Hamers könnten chemische Modifikationen an den Elektrodenfallen sie so spezifisch machen, dass gezielt nur bestimmte Zelltypen aus einer Zellkultur eingefangen werden.
(University of Wisconsin-Madison, 18.03.2005 – NPO)
