Inspirados por el té de kombucha, los ingenieros crean "materiales vivos"
Materiales de embalaje "inteligentes" que pueden detectar los daños
Ingenieros del MIT y del Imperial College de Londres han desarrollado una nueva forma de generar materiales resistentes y funcionales utilizando una mezcla de bacterias y levadura similar a la "madre kombucha" utilizada para fermentar el té.
Photo by Manki Kim on Unsplash
Utilizando esta mezcla, también llamada SCOBY (cultivo simbiótico de bacterias y levaduras), los investigadores fueron capaces de producir celulosa incrustada con enzimas que pueden realizar una variedad de funciones, como la detección de contaminantes ambientales. También demostraron que podían incorporar la levadura directamente en el material, creando "materiales vivos" que podían utilizarse para purificar el agua o para hacer materiales de envasado "inteligentes" que pueden detectar daños.
"Prevemos un futuro en el que los diversos materiales podrían cultivarse en casa o en instalaciones de producción locales, utilizando la biología en lugar de la fabricación centralizada con uso intensivo de recursos", dice Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica.
Lu y Tom Ellis, profesor de bioingeniería en el Imperial College de Londres, son los autores principales del documento, que aparece hoy en Nature Materials. Los autores principales del artículo son Tzu-Chieh Tang, estudiante de posgrado del MIT, y Charlie Gilbert, estudiante de posgrado de la Universidad de Cambridge.
División del trabajo
Hace varios años, el laboratorio de Lu desarrolló una forma de utilizar la E. coli para generar biopelículas incrustadas con materiales como los nanocables de oro. Sin embargo, esas películas son muy pequeñas y delgadas, lo que hace difícil su uso en la mayoría de las aplicaciones a gran escala. En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar una manera de utilizar los microbios para generar mayores cantidades de materiales más sustanciales.
Pensaron en crear una población de microbios similar a la de la madre kombucha, que es una mezcla de ciertos tipos de bacterias y levaduras. Estas fábricas de fermentación, que suelen contener una especie de bacteria y una o más especies de levadura, producen etanol, celulosa y ácido acético, lo que le da al té de kombucha su sabor distintivo.
La mayoría de las cepas de levadura silvestre utilizadas para la fermentación son difíciles de modificar genéticamente, por lo que los investigadores las reemplazaron por una cepa de levadura de laboratorio llamada Saccharomyces cerevisiae. Combinaron la levadura con un tipo de bacteria llamada Komagataeibacter rhaeticus, que sus colaboradores del Colegio Imperial de Londres habían aislado previamente de una madre de kombucha. Esta especie puede producir grandes cantidades de celulosa.
Debido a que los investigadores utilizaron una cepa de levadura de laboratorio, pudieron diseñar las células para hacer cualquiera de las cosas que la levadura de laboratorio puede hacer, por ejemplo, producir enzimas que brillan en la oscuridad, o detectar contaminantes en el medio ambiente. La levadura también puede ser programada para que pueda descomponer los contaminantes después de detectarlos.
Mientras tanto, las bacterias en el cultivo producen cantidades a gran escala de celulosa resistente para servir como andamio. Los investigadores diseñaron su sistema para poder controlar si la propia levadura, o sólo las enzimas que producen, se incorporan a la estructura de la celulosa. Sólo toma unos pocos días para que el material crezca, y si se deja el tiempo suficiente, puede espesarse para ocupar un espacio tan grande como una bañera.
"Pensamos que este es un buen sistema que es muy barato y muy fácil de hacer en grandes cantidades", dice Tang. "Es al menos mil veces más material que el sistema E.coli".
Sólo hay que añadir el té
Para demostrar el potencial de su cultivo de microbios, al que llaman "Syn-SCOBY", los investigadores crearon un material que incorpora levadura que detecta el estradiol, que a veces se encuentra como contaminante ambiental. En otra versión, utilizaron una cepa de levadura que produce una proteína brillante llamada luciferasa cuando se expone a la luz azul. Estas levaduras podrían ser cambiadas por otras cepas que detectan otros contaminantes, metales o patógenos.
El cultivo puede realizarse en un medio de cultivo de levadura normal, que los investigadores utilizaron para la mayoría de sus estudios, pero también han demostrado que puede crecer en un té con azúcar. Los investigadores prevén que los cultivos podrían personalizarse para que las personas los utilicen en casa para cultivar filtros de agua u otros materiales útiles.
"Casi todo el mundo puede hacer esto en su cocina o en su casa", dice Tang. "No tienes que ser un experto. Sólo necesitas azúcar, necesitas té para proporcionar los nutrientes, y necesitas un pedazo de madre Syn-SCOBY."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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