Tendencias21
Crean materiales vivos combinando nanopartículas con células de Escherichia coli

Crean materiales vivos combinando nanopartículas con células de Escherichia coli

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han utilizado células bacterianas para fabricar unos biofilms o biopelículas que pueden combinarse con materiales no vivos, como nanopartículas de oro o puntos cuánticos. Estos biofilms combinan, por tanto, las ventajas de las células vivas con funciones tales como la producción de electricidad o la emisión de luz. Algún día podrían usarse en el desarrollo de células solares más complejas, materiales de autocuración o sensores para diagnósticos, entre otras aplicaciones.

Crean materiales vivos combinando nanopartículas con células de Escherichia coli

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han utilizado células bacterianas para fabricar unos biofilms‎ o biopelículas (ecosistemas microbianos organizados) que pueden incorporar materiales no vivos, como nanopartículas de oro o puntos cuánticos.

Estos biofilms combinarían las ventajas de las células vivas -que responden a su entorno o producen moléculas biológicas- con las ventajas de los materiales inertes, con funciones tales como la producción de electricidad o la emisión de luz, informa el MIT en un comunicado.

Los materiales resultantes de esta combinación tendrían, por tanto, las capacidades de las células pero la funcionalidad de algunos materiales inertes. Algún día podrían usarse en el desarrollo de células solares más complejas, materiales de autocuración o sensores para diagnósticos, entre otras aplicaciones.

Aprovechando una producción de la E. coli

Los investigadores del MIT trabajaron en su investigación con una bacteria concreta, la Escherichia coli‎, porque ésta produce, de manera natural, biopelículas que contienen unas fibras rizadas (“curly”), a su vez formadas por proteínas amiloides que ayudan a la E. coli a adherirse a superficies.

Cada una de esas fibras rizadas está compuesta 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 estos péptidos, por su parte, pueden capturar materiales no vivientes, como nanopartículas de oro. Así se pueden incorporar estos elementos inertes a los biofilms.

Lo que hicieron los investigadores fue programar las células de la E. coli para que éstas produjeran diferentes tipos de fibras curly bajo ciertas condiciones. Así consiguieron controlar las propiedades de las biopelículas y crear nanocables de oro con ellas. Asimismo, 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.

Cómo se hizo

El equipo del MIT siguió los siguientes pasos en su trabajo: En primer lugar, deshabilitó la capacidad natural de las células bacterianas de producir la csgA, y la remplazó con un circuito de ingeniería genética que produce la csgA sólo bajo ciertas condiciones, en concreto, sólo cuando en su entorno hay una molécula inductora presente: la Acil-Homoserin-Lactonas o AHL.

Esta manipulación celular permitió a los investigadores controlar la producción de la fibra curli, mediante ajustes en la cantidad de AHL en su entorno. Cuando la AHL estaba presente, las células segregaban csgA y formaban fibras que se unían al biofilm, recubriendo la superficie en la que las bacterias estaban creciendo.

A continuación, los investigadores diseñaron células de E. coli que producían cadenas csgA etiquetadas o señalizadas con péptidos compuestos por la unión de aminoácidos del grupo histidina, pero sólo cuando una molécula llamada ATC estaba presente.

El resultado fue el siguiente: ahora los científicos pueden cultivar los dos tipos de células modificadas por ingeniería juntas en una colonia, lo que les permite controlar la composición del material de la biopelícula simplemente variando la presencia o las cantidades ambientales de las moléculas AHL y ATC.

Si ambas moléculas están presentes, la biopelícula resultante contiene una mezcla de fibras rizadas señalizadas y sin señalizar. Si se añaden a la biopelícula nanopartículas de oro, las “etiquetas” de histidina se agarran a ellas, creando filas de nanocables de oro y una red conductora de electricidad.

Los investigadores también han demostrado que las células pueden coordinarse entre sí para controlar la composición de las biopelículas. Para inducir esta coordinación, han diseñado células que producen csgA sin señalizar y AHL, que a su vez estimula a otras células para comenzar a producir CsgA señalizada con histidina.

Esto ha demostrado que, efectivamente, “se pueden desarrollar células que se comuniquen entre sí y que cambien la composición de la materia a través del tiempo», explican.

Adición de puntos cuánticos

Para añadir puntos cuánticos a las fibras rizadas, los investigadores diseñaron células señalizadas con un péptido diferente, el SpyTag, que se une a puntos cuánticos recubiertos con SpyCatcher, una proteína que se vincula naturalmente al SpyTag.

Los puntos cuánticos son nanoestructuras que confinan el movimiento de los electrones, y ya se usan en optoelectrónica para fabricar diodos láser emisores de luz más eficientes; en biomedicina para obtener imágenes de mucho contraste o en paneles solares experimentales. Poder organizarlos a voluntad en una biopelícula abre un campo de posibilidades para su aplicación más eficiente.

Los investigadores están interesados ahora en el recubrimiento de los biofilms con enzimas que catalicen la descomposición de la celulosa, algo que podría ser útil para la conversión de residuos agrícolas en biocombustibles. Otras aplicaciones potenciales incluyen dispositivos de diagnóstico y estructuras o “andamios” para la producción de tejidos en su interior, que es a lo que se dedica específicamente la ingeniería de tejidos.

Referencia bibliográfica:

Allen Y. Chen, Zhengtao Deng, Amanda N. Billings, Urartu O. S. Seker, Michelle Y. Lu, Robert J. Citorik, Bijan Zakeri, Timothy K. Lu. Synthesis and patterning of tunable multiscale materials with engineered www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3912.html. Nature Materials (2014). DOI: 10.1038/nmat3912.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren un helecho tropical que transforma sus hojas muertas en nuevas raíces 9 febrero, 2024
    Para sobrevivir en el suelo anegado y bajo en nutrientes del bosque de Quebrada Chorro, en el oeste de Panamá, una especie de helecho tropical arborescente reutiliza sus hojas muertas, convirtiéndolas en nuevas raíces. Los científicos descubrieron que el helecho reconfigura estas “hojas zombis”, invirtiendo el flujo de agua para atraer nutrientes de regreso a […]
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una extraña combinación de minerales en las muestras lunares de la misión Chang'e-5 de China 9 febrero, 2024
    Los minerales antiguos y nuevos identificados en las muestras lunares traídas por la misión Chang'e-5 de China están ayudando a los científicos a comprender mejor la historia de la Luna: ahora, los especialistas han descubierto más propiedades del sexto nuevo mineral lunar, llamado Changesite-(Y). Además, otros compuestos hallados, la seifertita y la stishovita, pueden coexistir […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los robots que atienden a pacientes llegan a los hospitales 9 febrero, 2024
    Robots diseñados para brindar comodidad a los pacientes de edad avanzada y aliviar su ansiedad, han sido probados con éxito en un hospital de París: saludan, responden a preguntas, comprenden conversaciones grupales y apoyan las tareas de enfermería.
    Redacción T21
  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21