Una estructura impresa en 3D, hecha de un polímero a base de algas combinadas con bacterias, está dando bastante que hablar. Las bacterias han sido modificadas genéticamente para producir una enzima que transforma varios contaminantes orgánicos en moléculas benignas, convirtiendo a este en una especie de «material vivo diseñado».
«Lo innovador es la combinación de un material polimérico con un sistema biológico para crear un material vivo que puede funcionar y responder a estímulos de maneras que los materiales sintéticos normales no pueden», dijo Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería en UC San Diego, quien co-dirigió la investigación en la que las bacterias también fueron diseñadas para autodestruirse en presencia de una molécula llamada teofilina, que a menudo se encuentra en el té y el chocolate. Esto ofrece una forma de eliminarlos una vez que hayan hecho su trabajo.
El trabajo fue una colaboración entre ingenieros, científicos de materiales y biólogos del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de UC San Diego (MRSEC). Los investigadores co-principales del equipo multidisciplinario incluyen a los profesores de biología molecular Susan y James Golden y al profesor de nanoingeniería Shaochen Chen.
Para crear el material vivo en este estudio, los investigadores utilizaron alginato, un polímero natural derivado de algas marinas, lo hidrataron para hacer un gel y lo mezclaron con un tipo de bacteria fotosintética que habita en el agua conocida como cianobacteria.
La mezcla se introdujo en una impresora 3D. Después de probar varias geometrías impresas en 3D para su material, los investigadores descubrieron que una estructura en forma de rejilla era óptima para mantener vivas a las bacterias. La forma elegida tiene una alta relación superficie-volumen, lo que coloca a la mayoría de las cianobacterias cerca de la superficie del material para acceder a nutrientes, gases y luz. El aumento de la superficie también hace que el material sea más eficaz en la descontaminación.
Como experimento de prueba de concepto, los investigadores diseñaron genéticamente las cianobacterias en su material para producir continuamente una enzima descontaminante llamada lacasa. Los estudios han demostrado que la lacasa se puede utilizar para neutralizar una variedad de contaminantes orgánicos, incluido el bisfenol A (BPA), antibióticos, fármacos y colorantes. En este estudio, los investigadores demostraron que su material se puede utilizar para descontaminar el contaminante índigo carmín a base de tinte, que es un tinte azul que se usa ampliamente en la industria textil para teñir la mezclilla. En las pruebas, el material decoloró una solución acuosa que contenía el tinte.
Los investigadores también desarrollaron una forma de eliminar las cianobacterias una vez que se hayan eliminado los contaminantes: Diseñaron genéticamente las bacterias para que respondieran a una molécula llamada teofilina. La molécula hace que las bacterias produzcan una proteína que destruye sus células.
Una solución preferible, señalan los investigadores, es hacer que las bacterias se destruyan a sí mismas sin la adición de productos químicos. Esta será una de las direcciones futuras de esta investigación.
Con información de UC San Diego
