Las Bacterias Se Pueden Programar Para Ensamblar Estructuras A Partir De Partículas De Oro

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Las colonias bacterianas programadas con genes sintéticos pueden ensamblar partículas microscópicas de oro en dispositivos útiles como sensores.

Un estudio reciente encuentra que las colonias bacterianas programadas con genes sintéticos pueden ensamblar partículas microscópicas de oro en dispositivos útiles, como sensores.

Este trabajo es una prueba de "la capacidad de desarrollar un dispositivo funcional a partir de una sola célula", dijo el autor principal del estudio, Lingchong You, un biólogo sintético de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte. "Este proceso es análogo a programar una celda para que crezca un árbol completo".

La naturaleza está llena de ejemplos en los que los seres vivos crean estructuras al combinar materiales orgánicos e inorgánicos. Por ejemplo, los moluscos crecen conchas y los humanos hacen crecer huesos al tejer moléculas a base de calcio con componentes orgánicos. [Microfotografía magnífica: 50 pequeñas maravillas]

La capacidad de usar bacterias para fabricar dispositivos podría tener muchas ventajas sobre los procesos de fabricación actuales, dijeron usted y sus colegas. Por ejemplo, la fabricación biológica utiliza materias primas y energía de manera muy eficiente y, por lo general, es respetuosa con el medio ambiente, dijeron.

Investigaciones anteriores utilizaron con éxito bacterias para ensamblar dispositivos que incorporaban componentes metálicos y otras partes inorgánicas. En un estudio de 2014 publicado en la revista Nature Materials, los científicos del MIT y sus colegas desarrollaron bacterias y componentes inorgánicos, como partículas de oro y cristales microscópicos, en materiales híbridos que podrían emitir luz o conducir electricidad.

Sin embargo, en ese estudio de 2014, las bacterias aún necesitaban ser extraviadas para poder ensamblar las estructuras. Ahora, los científicos han descubierto una manera de programar genéticamente las bacterias para que fabriquen dispositivos por su cuenta.

Los investigadores del nuevo estudio incorporaron una serie de genes sintéticos en E. coli, un microbio que es común en el intestino humano. Estos genes trabajaron juntos un poco como los componentes de un circuito electrónico para llevar a cabo un conjunto de instrucciones biológicas.

Una demostración del sensor de presión construido por bacterias en acción cuando un investigador extrae un código Morse.

Una demostración del sensor de presión construido por bacterias en acción cuando un investigador extrae un código Morse.

Crédito: Will (Yangxiaolu) Cao, Kara Manke / Duke University

Las colonias de bacterias se convirtieron en estructuras similares a cúpulas. Los investigadores podrían alterar el tamaño y la forma de las colonias controlando las propiedades de las membranas porosas sobre las que crecieron. Por ejemplo, cambiar el tamaño de los poros o la forma en que las membranas repelen el agua influyó en la cantidad de nutrientes que podrían llegar a los microbios y, por lo tanto, alterar su patrón de crecimiento, según el estudio.

El circuito genético en la bacteria también hizo que los microbios generaran una proteína que se enganchó a compuestos inorgánicos específicos, en este caso, partículas microscópicas de oro. Los investigadores dijeron que esto causó que las bacterias crearan conchas doradas del tamaño de una peca promedio.

Estas conchas doradas podrían usarse como sensores de presión, según los científicos. Los investigadores utilizaron cables de cobre para conectar cúpulas doradas con LED. Cuando se aplicó presión a una cúpula, esa deformación incrementó su conductividad eléctrica, lo que llevó al LED conectado a iluminar una cierta cantidad dependiendo de la cantidad de presión aplicada.

"Para mí, la parte más sorprendente y emocionante de la investigación fue que el sensor de presión funcionó muy bien", dijo. "Cuando creamos por primera vez el diseño simple, pensamos que las estructuras serían demasiado frágiles, de modo que todo el dispositivo podría colapsarse después de un solo empuje. Sin embargo, resultó que las estructuras compuestas eran bastante resistentes. El sensor de presión funcionó en muchos rondas de prensado ".

Los investigadores destacaron que potencialmente podrían fabricar mucho más que sensores de presión con bacterias. "Podríamos utilizar materiales biológicamente sensibles para crear circuitos vivos", dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Will (Yangxiaolu) Cao, investigador postdoctoral de la Universidad de Duke. "O, si pudiéramos mantener vivas las bacterias, podría imaginarse haciendo materiales que puedan curarse a sí mismos y responder a los cambios ambientales".

Los investigadores advirtieron que la biofabricación de células modificadas genéticamente está en su infancia. "El proceso es ciertamente tedioso y requiere tremendos conocimientos técnicos, y el sensor de presión resultante sería engorroso en comparación con los disponibles en el mercado", dijo.

Aún así, "lo que demuestra el trabajo es un enfoque fundamentalmente nuevo para ensamblar materiales estructurados", dijo. Esta estrategia tiene el potencial de ensamblar materiales que pueden responder a múltiples señales, "adaptarse al ambiente y auto curarse, como los materiales ensamblados por organismos biológicos en la naturaleza, por ejemplo, dientes, huesos".

La investigación futura apuntará a usar bacterias para fabricar estructuras más diversas, Usted dijo. Heand y sus colegas detallaron sus hallazgos en línea hoy (9 de octubre) en la revista Nature Biotechnology.

Artículo original en WordsSideKick.com.


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