Forscher der Universität Jyväskylä haben ein bildgebendes Gerät für Schulen und Forschungszentren entwickelt, um Mikroben zu untersuchen. Das 3D-gedruckte Gerät „NIRis“ ermöglicht es Schulen, Naturphänomene zu beobachten und zu untersuchen. Forscher werden nützliche und neue Erkenntnisse über die lichtaktivierten Bakterien gewinnen.
Die Studie ist veröffentlicht im Journal PLUS EINS.
Das Projekt „Shared Light“ (Jaettu Valo) an der Universität Jyväskylä zielt darauf ab, die Rolle photosynthetischer Bakterien in Pflanzen zu verstehen und nutzt dazu die Bürgerwissenschaft.
„Sieben verschiedene weiterführende Schulen in ganz Finnland, von Utsjoki bis Turku, sammelten Hunderte von Pflanzenproben für die Forscher, die dann Bakterien aus den Pflanzen isolierten“, sagt Projektforscher Ole Franz von der Universität Jyväskylä.
Hochwertiges Instrument für die Forschung
Um eine schnelle Erkennung der betreffenden Bacteriochlorophyll-haltigen Bakterienkolonien zu ermöglichen, entwickelten die Forscher ein kostengünstiges Bildgebungsgerät, ein „Near-infrared imaging system“ (NIRis) zur Analyse von Bakterien. NIRis verfügt über zwei Bildgebungsmodi, die eine Überlagerung aller Bakterienkolonien und selektiv identifizierte, im Nahinfrarot fluoreszierende Kolonien ermöglichen.
Die identifizierten Bakterien können dann problemlos für weitere Studien isoliert werden. Das 3D-gedruckte Gerät beherbergt normale Taschenlampen und erkennt Bakterienkolonien mit einem kleinen Raspberry-Pi-Computer und einem Kameramodul.
„Das Ziel war, die Kosten niedrig zu halten und die Bedienung einfach zu gestalten. Die niedrigen Kosten – weniger als tausend Euro – und die einfache Bedienung ermöglichten die Produktion mehrerer Geräte, die dann an die am Projekt teilnehmenden weiterführenden Schulen geschickt werden konnten“, sagt Heikki Häkkänen, der Hauptentwickler von NIRis von der Universität Jyväskylä.
Praxiserfahrungen für Schulen
NIRis ermöglicht es, neue Formen der multidisziplinären Forschung und Lehre an Schulen und Forschungsinstituten umzusetzen. Lehrer könnten das Gerät beispielsweise in den Fächern Biologie, Physik, Programmierung, Materialdesign oder sogar Kunsterziehung einsetzen.
„Dies ist eine großartige Gelegenheit für Lehrer, reguläre Kurse mit relevanter akademischer Forschung zu verknüpfen und in der Natur gesammelte Materialien zu untersuchen“, sagt Kati Heikkilä-Huhta, die koordinierende Lehrerin der Oulu Steiner-Schule.
Das Projekt freut sich darauf, weiterhin Kurse und Forschungsprojekte zu entwickeln, bei denen diese Art von Geräten zum Einsatz kommt.
Neue Erkenntnisse zu phototrophen Bakterien
Bis jetzt hat die Forschungsgruppe Shared Light mithilfe von NIRis über 1.000 neue Stämme phototropher Bakterien aus einer Vielzahl von Pflanzen in unterschiedlichen Jahreszeiten und an unterschiedlichen Standorten isoliert.
„Die einfache Erkennung ermöglichte die Probenentnahme aus großen Sammlungen und beschleunigte unsere Forschung erheblich. Das ist besonders spannend, da die Verbreitung dieser Bakterienart in und auf Pflanzen, insbesondere bei kultivierungsbasierten Ansätzen, nur sehr wenig erforscht ist“, erklärt Riitta Nissinen, Universitätsdozentin an der Universität Turku.
„Dieses Phänomen ist sehr interessant, wenn man bedenkt, dass es in (photosynthetischen) Pflanzen Bakterien gibt, die ebenfalls bakterielle Photosynthese betreiben. Dabei produzieren sie keinen Zucker, sondern nur chemische Energie unter Nutzung von Lichtenergie“, sagt Janne Ihalainen, Professor für Nanowissenschaften an der Universität Jyväskylä.
Mehr Informationen:
Ole Franz et al, NIRis: Ein kostengünstiges, vielseitiges Bildgebungssystem zur Nahinfrarot-Fluoreszenzdetektion von phototrophen Zellkolonien für Forschung und Ausbildung, PLUS EINS (2024). DOI: 10.1371/journal.pone.0287088