Materiales parcialmente "vivientes"

Inspirados por materiales naturales como el hueso (una matriz de minerales y otras sustancias, incluyendo células vivas), unos investigadores en Ciencia de los Materiales han inducido a células bacterianas a producir biopelículas que pueden incorporar materiales inanimados, como nanopartículas de oro y puntos cuánticos.

Estos “materiales parcialmente vivientes” combinan las ventajas de las células vivas, que responden al entorno, producen moléculas biológicas complejas, y se extienden en múltiples escalas de longitud, con los beneficios de los materiales inanimados, que añaden funciones como conducir electricidad o emitir luz.

Los nuevos materiales representan una demostración simple pero contundente del poder de tal enfoque, que podría un día ser usado para diseñar dispositivos más complejos, como células solares, materiales que se autorreparan, o sensores para diagnósticos.

La idea del equipo de Timothy Lu, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, es poner juntos lo mejor del mundo vivo y lo mejor del mundo inanimado, para fabricar materiales híbridos que tengan células vivas en ellos y sean funcionales en sus dos naturalezas.

Ilustración de una célula bacteriana modificada para producir nanofibras que incorporan partículas tales como puntos cuánticos (esferas rojas y verdes) o nanopartículas de oro. (Imagen: Yan Liang / MIT)

Lu y sus colegas eligieron trabajar con la bacteria E. coli porque produce de forma natural biopelículas que contienen ciertas fibras proteicas que la ayudan a unirse a las superficies. Cada fibra está hecha de una cadena repetitiva de subunidades proteicas idénticas, que pueden ser modificadas a base de añadir fragmentos de proteínas, concretamente péptidos. Estos péptidos pueden capturar materiales inanimados tales como nanopartículas de oro, incorporándolas a las biopelículas.

Programando las células para producir diferentes tipos de fibras bajo ciertas condiciones, los investigadores pudieron controlar las propiedades de las biopelículas y crear nanohilos de oro, biopelículas conductoras, y películas ribeteadas de puntos cuánticos, o diminutos cristales que exhiben propiedades de la mecánica cuántica. También modificaron las células de manera que pudieran comunicarse entre sí y cambiar la composición de la biopelícula con el paso del tiempo.

Estos materiales híbridos podrían ser interesantes de explorar para su uso en aplicaciones energéticas, como baterías y células solares. Los investigadores también están interesados en recubrir las biopelículas con enzimas que catalizan la descomposición de la celulosa, lo cual podría ser útil para convertir de forma práctica los residuos agrícolas en biocombustibles. Otras aplicaciones potenciales podrían ser dispositivos de diagnóstico y andamios para ingeniería de tejidos.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Allen Chen, Zhengtao Deng, Amanda Billings, Urartu Seker, Bijan Zakeri, Michelle Lu y Robert Citorik.
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