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(Foco Nanowerk) Los microbios modificados genéticamente tienen un potencial asombroso como fábricas vivas, herramientas de diagnóstico, limpiadores ambientales y más. Sin embargo, a pesar de todas sus promesas, estos organismos están en gran medida confinados a entornos de laboratorio cuidadosamente controlados y no pueden prosperar en las condiciones variables de los hábitats naturales e industriales. La fragilidad de las células diseñadas ha limitado significativamente su impacto práctico en las áreas de fabricación, atención sanitaria, sostenibilidad y exploración espacial, donde las soluciones microbianas podrían conducir a enormes avances.
Ahora, un ingenioso material biohíbrido desarrollado por investigadores de destacadas instituciones chinas ofrece finalmente la posibilidad de encapsular de forma estable microbios modificados para su transporte protegido y liberación selectiva. Sus llamadas «semillas vivas» integran robustas esporas bacterianas en capas protectoras hechas de estructuras organometálicas, una clase altamente adaptable de materiales porosos cristalinos. Estas naves especializadas protegen a los microbios de diseño de las influencias ambientales, proporcionan un control preciso sobre el uso de los organismos y podrían marcar el comienzo de una nueva era en la que los microbios modificados genéticamente emergen para remodelar la realidad.
Los investigadores publicaron sus resultados en Materiales avanzados (“Materiales de semillas vivos preparados mediante encapsulación de estructura organometálica Bacillus subtilis Espora»).
Encapsulando sustancias genéticamente modificadas. Bacillus subtilis Utilizando esporas en cáscaras de estructura organometálica (MOF), los investigadores crearon partículas de «semillas vivas» que protegen a los microbios en condiciones hostiles y al mismo tiempo permiten la liberación controlada en los medios de crecimiento. Este avance elimina un obstáculo de larga data para las tecnologías de organismos genéticamente modificados (OGM), que tienden a funcionar bien en el laboratorio pero tienen dificultades en entornos impredecibles del mundo real.
![Una representación esquemática del diseño de material de semillas vivas inspirado en el crecimiento de un árbol gigante a partir de una semilla de planta.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64280_1.jpg)
La inspiración para las semillas vivas provino de la naturaleza. Las semillas de plantas contienen cubiertas exteriores protectoras que protegen el tejido embrionario de tensiones como la sequía y la radiación ultravioleta hasta que las condiciones estén maduras para la germinación. Los investigadores querían recrear este mecanismo adaptativo utilizando MOF, una clase altamente personalizable de materiales porosos compuestos de nodos metálicos unidos por moléculas enlazadoras orgánicas.
Los MOF poseen propiedades útiles como una gran superficie, integridad estructural y capacidad de respuesta ambiental. Estas propiedades hicieron que los MOF fueran vasos atractivos para albergar esporas de B. subtilis genéticamente modificadas con funciones avanzadas programadas en su ADN. Las esporas de B. subtilis se seleccionaron por su resistencia y capacidad para revivir como bacterias vegetativas cuando se alimentan. Al expresar proteínas indicadoras fluorescentes en las esporas, el equipo pudo rastrear visualmente las transiciones de esporas a bacterias.
Para crear semillas vivas, se suspendieron esporas e iones metálicos en pequeñas gotas de agua, la fase acuosa se emulsionó en aceite y luego se precipitó una cubierta porosa de MOF ZIF-8 alrededor de cada gota. Esto dio como resultado microesferas huecas y uniformes con esporas en la cavidad interior. Las esferas protegieron las esporas internas durante tratamientos agresivos como altas temperaturas, lejía oxidativa e irradiación UV, que destruyeron las esporas desprotegidas. Las tasas de degradación de ZIF-8 dependieron de los medios circundantes, lo que permitió la liberación controlada de esporas activada por nutrientes.
Las esporas liberadas maduraron con éxito hasta convertirse en bacterias funcionales diseñadas cuando se incubaron en medios de crecimiento. Con fines de demostración, los investigadores prepararon semillas vivas que contenían B. subtilis diseñadas para detectar las sustancias químicas IPTG y ácido comino. Después de la liberación, las bacterias respondieron nuevamente a las sustancias químicas objetivo con umbrales de sensibilidad comparables a los de sus contrapartes no encapsuladas.
Esta preservación y reanimación ambientalmente controlada de microbios manipulados ofrece posibilidades interesantes para las tecnologías microbianas que actualmente se limitan a entornos controlados como fábricas y laboratorios. Al garantizar una mayor resiliencia, los recipientes de semillas vivas podrían permitir que los OGM funcionales realicen tareas en lugares impredecibles como el sistema gastrointestinal humano, suministros de agua contaminados e incluso terrenos extraños cuando las naves espaciales cargadas de esporas lleguen a otros mundos. Además, el concepto de semillas vivas debería ser trasladable a otro tipo de microorganismos que puedan modificarse mediante modificación genética y esporulación.
La investigación representa una unión innovadora entre la biología sintética y la ciencia de los materiales. Las plataformas de semillas vivas beneficiarán las aplicaciones futuras de microbios genéticamente modificados en la fabricación, la terapéutica, la gestión ambiental y la exploración espacial. El autor principal Dr. Chao Zhong concluye: “[This] fomenta una mayor exploración de diversos diseños y aplicaciones de MOF… Además, se pueden diseñar circuitos genéticos funcionales innovadores para aplicaciones adicionales de biosensores”.
Parece sólo una cuestión de tiempo antes de que organismos mejorados recubriendo semillas vivas abandonen el laboratorio y se embarquen en destinos aventureros como heraldos del dominio en expansión de la vida genéticamente modificada.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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