Las Bacterias Podrían Crecer Materiales Futuristas De "Autocuración"

{h1}

Los investigadores han producido materiales vivos al hacer que las bacterias crezcan películas biológicas, un paso hacia la fabricación de estructuras programadas para autoensamblarse y auto curarse.

¿Por qué molestarte en fabricar materiales si puedes cultivarlos orgánicamente?

Los investigadores han producido materiales "vivos" al empujar a las bacterias a cultivar películas biológicas. A su vez, este proceso podría llevar al desarrollo de estructuras más complejas e interactivas programadas para autoensamblarse en patrones específicos, como los que se utilizan en células solares y sensores de diagnóstico, e incluso materiales de autorreparación que podrían detectar el daño y repararlo. Un nuevo estudio encuentra.

"En contraste con los materiales que utilizamos en la vida moderna, que están todos muertos, los materiales vivos tienen la capacidad de autocurarse, adaptarse al entorno, formar patrones y formas complejas y generar nuevos materiales y dispositivos funcionales desde abajo hacia arriba, "dijo el autor principal del estudio, Timothy Lu, ingeniero biológico del Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Tales "materiales vivos" son esencialmente híbridos que tienen lo mejor de ambos mundos: los beneficios de ambas células vivas, que pueden organizarse y crecer por sí solos, y materiales no vivos, que agregan funciones como la conducción de electricidad o la emisión de luz. [Biomimetismo: 7 tecnologías inteligentes inspiradas en la naturaleza]

Por ejemplo, otros investigadores han analizado la posibilidad de organizar virus en nuevos materiales. Pero Lu dijo que el enfoque de su equipo es diferente. "Los sistemas anteriores no aprovechan las características de los organismos vivos", dijo a WordsSideKick.com. "Además, la mayoría de los procesos de síntesis de materiales modernos son intensivos en energía e intensivos en humanos. Pero estamos sugiriendo usar la biología para cultivar materiales de abajo hacia arriba de una manera respetuosa con el medio ambiente".

Aprendiendo de los huesos

Para crear los materiales, el equipo de Lu se inspiró en materiales naturales, como huesos y dientes, que contienen una mezcla de minerales y células vivas. Los huesos crecen cuando las células se organizan en patrones específicos y luego excretan proteínas especiales para producir las estructuras de fosfato de calcio.

El equipo de Lu intentó hacer lo mismo reprogramando. Escherichia coliCélulas bacterianas que utilizan la ingeniería genética para producir las proteínas.

E. colinaturalmente producen biopelículas que contienen un tipo especial de proteína llamadas fibras curli que ayudan a las bacterias a adherirse a las superficies, y se sabe que tienen la resistencia del acero. Cada fibra curli está compuesta por una cadena de unidades de proteínas idénticas llamada CsgA, que se puede cambiar agregando fragmentos de proteínas llamados péptidos. Estos péptidos pueden capturar materiales no vivos, como las nanopartículas de oro, e incorporarlos en las biopelículas.

El objetivo de los investigadores era conseguir que las bacterias secretaran la matriz proteica en respuesta a estimulantes específicos.

Para hacerlo, los investigadores deshabilitaron la capacidad natural de las células bacterianas para producir CsgA y lo reemplazaron con un código genético diseñado que produce proteínas CsgA solo bajo ciertas condiciones, cuando una molécula llamada AHL está presente.

Los científicos podrían entonces ajustar la cantidad de AHL en el entorno de las células, y cuando la AHL estaba presente, las células producían CsgA, lo que hacía que las fibras de curli se fusionaran en una biopelícula.

El equipo modificó E. coli de una manera diferente, para hacer que produzca CsgA con un péptido específico con muchos aminoácidos de histidina, pero solo cuando una molécula llamada aTc estaba presente.

"Esto nos permitió controlar los materiales que fueron hechos por las bacterias utilizando señales externas", dijo Lu. Solo aumentando o disminuyendo la cantidad de AHL y aTc en la versión modificada. E. coliEn el entorno, pudieron modificar la producción y composición de las biopelículas resultantes.

Luego, el equipo modificó las proteínas para producir materiales inorgánicos, como nanopartículas de oro y puntos cuánticos, para crecer en las biopelículas. Al hacerlo, los investigadores diseñaron el auto-crecimiento. E. coli Biopelículas que podrían conducir electricidad o emitir fluorescencia.

Células "que hablan"

Los investigadores también modificaron E. coli de modo que las células podrían "hablar" entre sí y coordinar la formación de materiales cuyas propiedades cambian con el tiempo, sin necesidad de aportaciones humanas. "En última instancia, esperamos emular cómo se forman los sistemas naturales, como los huesos. Nadie le dice a los huesos qué hacer, pero genera un material en respuesta a las señales ambientales", dijo Lu. [Conceptos básicos sobre los huesos: 11 datos sorprendentes sobre el sistema esquelético]

"Uno puede imaginar el crecimiento de materiales utilizando la luz solar en lugar de tener procesos de alto consumo de energía para la síntesis de materiales de arriba hacia abajo", agregó.

Lu también visualiza sensores celulares vivos que cambian sus propiedades cuando detectan señales ambientales específicas, como las toxinas.

Finalmente, al recubrir las biopelículas con enzimas que catalizan la descomposición de la celulosa, este trabajo podría conducir a materiales que conviertan los desechos agrícolas en biocombustibles.

La investigación no se limita a E. coli. "Estamos considerando el uso de organismos fotosintéticos y hongos como otras plataformas de fabricación", dijo Lu. "Además, solo hemos demostrado la interfaz de la biología con los nanocristales de oro y semiconductores, pero hay muchos otros materiales que pueden ser conectados".

Ahmad Khalil, un ingeniero biomédico de la Universidad de Boston que no participó en el estudio, aplaudió el trabajo.

"Este trabajo presenta, por lo que sé, una de las primeras demostraciones del uso de enfoques de biología sintética para volver a cablear o diseñar estos mecanismos celulares para controlar con precisión cómo se ensamblan o sintetizan los materiales inorgánicos en una bio-plantilla molecular, proporcionando así una vía para la codificación genética "Ingeniería de materiales", dijo Khalil a WordsSideKick.com.

El estudio fue detallado en la edición del 23 de marzo de la revista Nature Materials.

Síguenos @wordssidekick, Facebook & Google+. Artículo original sobre Ciencia viva. Sigue al autor en Twitter. @SciTech_Cat.


Suplemento De Vídeo: .




ES.WordsSideKick.com
Reservados Todos Los Derechos!
La Reproducción De Cualquier Permitió Sólo Prostanovkoy Enlace Activo Al Sitio ES.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ES.WordsSideKick.com