Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) lograron fabricar unos biofilms o biopelículas (ecosistemas microbianos organizados), con células bacterianas que pueden combinarse con materiales no vivos –como nanopartículas de oro o puntos cuántico– para desarrollar aplicaciones más complejas.
Los biofilms combinan las ventajas de las células vivas con funciones como la producción de electricidad o la emisión de luz, y algún día podrían usarse en el desarrollo de aplicaciones como celdas solares más complejas, materiales de autocuración o sensores para diagnósticos, entre otras innovaciones. Es decir que los materiales resultantes de esta combinación tendrían las capacidades de las células, pero la funcionalidad de algunos materiales inertes, publicó la revista Nature.
Recientemente, un grupo de científicos del MIT logró crear una biopelícula de E.coli, bacteria que se puede encontrar en los intestinos de la mayoría de animales y humanos, que es capaz de incorporar materiales no vivos como nanopartículas de oro o puntos cuánticos, y obtener algunas de sus propiedades.
“Nuestra idea es poner a los mundos vivos y a los no vivientes juntos para hacer que los materiales híbridos que tengan células vivas en ellos y sean funcionales”, dijo Timothy Lu, profesor de ingeniería eléctrica y biológica en el MIT. “Es una manera interesante de pensar sobre la síntesis de materiales, lo que es muy diferente a lo que se hace ahora, que es generalmente un enfoque de arriba hacia abajo”, agregó
La biopelícula producida por la bacteria contiene proteínas fibrosas rizadas llamadas “fibrillas curli”. Cada una de esas fibras rizadas se compone por una cadena de repeticiones de subunidades de proteínas idénticas, conocida como csgA. Esta cadena puede ser modificada mediante la adición de fragmentos de unas proteínas llamadas péptidos, y éstos –por su parte– pueden capturar materiales no vivientes, como nanopartículas de oro. Así se pueden incorporar estos elementos inertes a los biofilms.
Las biopelículas fueron creadas utilizado células bacterianas de E.coli. Foto: Wikimedia Commons
Los investigadores programaron las células de E. coli para que éstas produjeran diferentes tipos de “fibrillas curli” bajo ciertas condiciones. Así consiguieron controlar las propiedades de las biopelículas y crear nanocables de oro con ellas. De igual manera, lograron generar biopelículas salpicadas de puntos cuánticos o diminutos cristales con propiedades cuánticas.
Por último, manipularon las células para que éstas pudieran comunicarse entre sí, y modificar la composición de la biopelícula en el tiempo.
Los investigadores demostraron también que las células pueden coordinarse entre sí para controlar la composición de las biopelículas. Para inducir esta coordinación, diseñaron células que producen csgA sin señalizar y AHL (Acil-Homoserin-Lactonas), que a su vez estimula a otras células para comenzar a producir CsgA señalizada con histidina.
Esto demostró que, efectivamente, “se pueden desarrollar células que se comuniquen entre sí y que cambien la composición de la materia a través del tiempo”, dijeron.
Como material vivo, la biopelícula modificada puede responder por sí misma a su entorno y producir unas moléculas biológicas complejas, y como material no vivo puede conducir la electricidad y emitir luz e incluso exhibe propiedades de la mecánica cuántica. Por su parte, las bacterias modificadas por los ingenieros incluso pudieron comunicarse y autoorganizarse.
De acuerdo con la investigación, este trabajo sirve como base para la síntesis, el modelamiento y el control de los materiales funcionales compuestos con células modeladas por ingenieros. En algún momento el descubrimiento permitirá crear materias mucho más complejas como células fotoeléctricas, materiales capaces de autocurarse y sensores diagnósticos.
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