Lichtgevoelige moleculen bereid uit bacteriën

In de loop van de evolutie hebben vele organismen een methode ontwikkeld om via licht informatie uit hun omgeving op te nemen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van fotoreceptoren: organen waarin in een lichtgevoelig pigment een chemische verandering wordt teweeggebracht, die dan als impuls wordt overgebracht op een zenuwcel.

In het menselijk oog bestaat dit lichtgevoelig pigment uit rhodopsine, of gezichtspurper, een stof waarvan de moleculen onder invloed van licht van structuur veranderen en dus voor de verwerking van informatie dienen. Zulke biologische materialen wil men nu ook in de techniek gaan gebruiken.

Norbert Hamp, van de universiteit van München, en Alfred Miller, van de firma Wacker Chemie, hebben succesvolle experimenten verricht met folies van moleculen bacteriorhodopsine (BR), moleculen die nauw verwant zijn aan het gezichtspurper van het menselijk oog. Het komt voor in het purpermembraan van bepaalde zoutwaterbacteriën die ook van fotosynthese gebruik maken. Dit membraan wordt langs chemische weg van de bacteriën gescheiden en vervolgens in een kunststoffolie ingebed. Onder invloed van groen licht worden de(violette) BR-moleculen geel. Bestraalt men ze vervolgens met blauw licht, dan worden ze weer violet. Op deze manier zouden de moleculen dus als informatiedragers kunnen worden gebruikt. De opslagcapaciteit van bijvoorbeeldcomputerbanden zou er enorm mee kunnen worden vergroot, doordat BR-moleculen veel kleiner zijn dan de "korrels' magneetbandmateriaal.

Het BR-molecule bestaat uit twee delen: het lichtgevoelige retinal en een eiwitdeel. Dit laatste is mede verantwoordelijk voor de werking van het molecule. Door veranderingen in zijn chemische structuur ontstaan varianten van het BR-molecule die iets andere eigenschappen hebben. Op het Max-Planck-Instituut voor Biochemie in Martinsried (bij München) bestudeert een onderzoeksgroep de structuurveranderingen van het molecule die door veranderingen in de erfelijke eigenschappen van de bacterie worden teweeggebracht. Zo kan men bijvoorbeeld BR-moleculen maken die reageren op licht van langere golflengten dan de 'natuurlijke' moleculen (Deutscher Forschungsdienst 9/91A).

De eerste "instrumenten' die met BR-folies werken worden al beproefd. Een interessante toepassing is de holografie: de techniek waarmee men van willekeurige voorwerpen driedimensionale afbeeldingen kan maken. Genoemde onderzoekers hebben met BR-folies al met succes direct-klare hologrammen opgenomen. Door het gebruik van BR-folies omzeilt men het tijdrovende ontwikkelen van films en na iedere belichting is het folie weer direct klaar voor gebruik. Theoretisch zouden op deze manier tot zo'n duizend detailrijke opnamen per seconde kunnen worden gemaakt.