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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un nuevo tipo de material que podría ofrecer una solución sostenible y respetuosa con el medio ambiente para limpiar los contaminantes del agua.
Apodado “material vivo diseñado”, es una estructura impresa en 3D hecha de un polímero a base de algas combinado con bacterias que han sido modificadas genéticamente para producir una enzima que convierte varios contaminantes orgánicos en moléculas inofensivas. Las bacterias también han sido diseñadas para autodestruirse en presencia de una molécula llamada teofilina, que se encuentra comúnmente en el té y el chocolate. Esto proporciona una manera de eliminarlos una vez que hayan hecho su trabajo.
Los investigadores describen el nuevo material descontaminante en un artículo publicado en la revista comunicación de la naturaleza («Materiales vivos fenotípicamente complejos que contienen cianobacterias modificadas»).
«Lo innovador es combinar un material polimérico con un sistema biológico para crear un material vivo que pueda funcionar y responder a estímulos en formas que los materiales sintéticos normales no pueden», dijo Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería en la UC San Diego, quien codirigió la investigación.
El trabajo fue una colaboración de 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 Golden y James Golden, y al profesor de nanoingeniería Shaochen Chen.
«Esta colaboración nos permitió aplicar nuestro conocimiento de la genética y fisiología de las cianobacterias para crear un material vivo», dijo Susan Golden, miembro de la facultad de la Facultad de Ciencias Biológicas. «Ahora podemos pensar creativamente en la construcción de nuevas funciones en las cianobacterias para crear productos más útiles».
Para crear el material vivo en este estudio, los investigadores tomaron alginato, un polímero natural que se encuentra en las algas, lo hidrataron hasta obtener un gel y lo mezclaron con una especie de bacteria fotosintética acuática llamada cianobacteria.
La mezcla se introdujo en una impresora 3D. Después de probar diferentes geometrías impresas en 3D de su material, los investigadores determinaron que una estructura similar a una red 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 amplia gama de contaminantes orgánicos, incluido el bisfenol A (BPA), antibióticos, productos farmacéuticos y colorantes. En este estudio, los investigadores demostraron que su material se puede utilizar para descontaminar el contaminante índigo carmín, un tinte azul comúnmente utilizado 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 eliminados 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.
«El material vivo puede actuar sobre el contaminante de interés y luego se puede añadir una pequeña molécula para matar las bacterias», dijo Pokorski. «De esta manera podemos disipar cualquier preocupación sobre el destino de las bacterias genéticamente modificadas en el medio ambiente».
Una solución preferible, dicen los investigadores, es dejar que las bacterias se autodestruyan sin agregar productos químicos. Esta será una de las direcciones futuras de esta investigación.
«Nuestro objetivo es fabricar materiales que respondan a estímulos que ya están presentes en el medio ambiente», dijo Pokorski.
“Estamos entusiasmados con las posibilidades que puede brindar este trabajo y los nuevos e interesantes materiales que podemos crear. Este es el tipo de investigación que puede surgir cuando investigadores con experiencia interdisciplinaria en materiales y ciencias de la vida trabajan juntos. Todo esto es posible gracias a nuestro grupo de investigación interdisciplinario en UC San Diego MRSEC”.
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