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    El cepillo de polímero Leviatán hecho con E. coli mantiene a raya a las bacterias

    Monstruo microscópico:un momento fortuito en el laboratorio llevó a la creación de pinceles de polímero 100 veces el tamaño habitual. Los pinceles son visibles bajo el microscopio, mientras que los cepillos de polímero generalmente se detectan con microscopios de fuerza atómica u otros medios no ópticos. El débil, La línea verde en la parte inferior de esta foto es una superficie en la que han crecido las cerdas. Las cerdas se ven como una masa verde-negra que llega hasta los puntos rojos de la superficie. Crédito:Georgia Tech / Allison Carter

    Un error de laboratorio con una enzima extraída de bacterias ha llevado a la creación del Leviatán de pinceles de polímero, materiales biocompatibles emergentes con el potencial de repeler bacterias infecciosas.

    Los cepillos de polímero son superficies normalmente cubiertas con cerdas a nanoescala hechas de polímeros, Cadenas moleculares parecidas a espaguetis que se sintetizan químicamente. Pero en un nuevo estudio, un equipo dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia tropezó con una técnica biológica para mejorar los pinceles haciendo crecer las cerdas en gigantes 100 veces la longitud habitual.

    "Estábamos poniendo la enzima en una superficie para observarla en un experimento totalmente diferente, pero ponemos demasiado en la superficie con demasiada densidad, y, boom, terminamos con el más grueso, el cepillo de polímero más largo que jamás hayamos visto o escuchado, "dijo Jennifer Curtis, quien dirigió el estudio y es profesor asociado en la Escuela de Física de Georgia Tech. "Eran tan grandes que en realidad se podían ver con un microscopio óptico en lugar de tener que palparlos con un microscopio de fuerza atómica o utilizar otros métodos necesarios para los cepillos de polímero más habituales".

    Los investigadores desviaron la atención del estudio original para buscar el nuevo cepillo increíblemente grande.

    A las bacterias que los invaden, las cerdas del cepillo son prácticamente impenetrables, matorral blando que mantiene alejados a los microbios en las observaciones de laboratorio. Impide la propagación de biopelículas, Colonias de bacterias que se unen para formar un material resistente que dificulta la eliminación de las bacterias.

    Baluarte de biopelículas

    "El sistema inmunológico humano tiene dificultades con las biopelículas. Los antibióticos tampoco funcionan muy bien en ellas. En la filtración de agua, las biopelículas pueden adherirse tenazmente, también. Si tiene un cepillo de hialuronano en una superficie, una biopelícula no se puede pegar, "Dijo Curtis.

    Hialuronano, el compuesto en las cerdas, es un polisacárido, una cadena de moléculas de azúcar, y está naturalmente extendido dentro y alrededor de nuestras células. También es conocido por muchos por su uso en humectantes cosméticos.

    La enzima que produce las cerdas de hialuronano en el cepillo es la hialuronano sintasa, y evita la síntesis química más tediosa al extruir sin esfuerzo cerdas extremadamente largas. Las enzimas también pueden reemplazar las cerdas cuando se rompen, algo que los pinceles sintetizados químicamente no pueden hacer, lo que limita la durabilidad de esos cepillos. Todavía, el uso de la sintasa es poco ortodoxo.

    "La gente del cepillo dice, '¿Qué están haciendo estas enzimas aquí?' porque buscan química, y los biólogos se preguntan qué tiene que ver el pincel con la biología, "Dijo Curtis.

    El equipo publicó el nuevo estudio, Cepillos gigantes de polímero hialurónico autoregeneradores, en el diario Comunicaciones de la naturaleza en diciembre de 2019. La investigación fue financiada por la National Science Foundation.

    De izquierda a derecha:investigadores Jennifer Curtis, investigador principal; Wenbin Wei, un ex estudiante de posdoctorado en el laboratorio de Curtis, y Jessica Faubel, asistente de investigación graduada en el laboratorio de Curtis. Wei y Faubel fueron los primeros autores del estudio. Crédito:Georgia Tech / Allison Carter

    Diseñado E. coli

    Los investigadores diseñaron bacterias para producir en exceso la enzima insertando genes de hialuronano sintasa de la bacteria Streptococcus equisimilis en E. coli luego recolectaron la enzima.

    "Rompimos las bacterias en un montón de fragmentos pegajosos no vivos y luego adherimos su membrana a las superficies, y la sintasa extruyó los pinceles, "Dijo Curtis.

    Las enzimas se pueden encender y apagar, y el ajuste de la concentración de sal o el pH en la solución alrededor de los cepillos hace que las cerdas se extiendan a una forma recta o se enrollen en una forma retraída. Se pueden incorporar aditivos funcionales como antibacterianos en los cepillos.

    Algo como un catéter podría posiblemente cubrirse algún día con cepillos para permanecer libre de bacterias. y el grosor de los cepillos ondulados también actuaría como lubricante evitando el contacto frictivo con la superficie debajo de ellos. Algunas células humanas clave para el proceso de curación son capaces de hundirse a través de las cerdas, que podría tener potencial para la medicina.

    "Para una herida crónica que no cicatriza, es posible que pueda diseñar un vendaje que estimule el crecimiento de nuevas células pero mantenga las bacterias fuera, "Dijo Curtis.

    Investigación en biofísica

    El desvío fortuito de los investigadores hacia la maleza gigante ha ampliado las posibilidades de su intención original de estudiar el hialuronano enzimático de forma aislada.

    "Nos ocupamos constantemente del acoplamiento de la bioquímica, señalización química, y mecánica, por lo que tener algo que aísle la mecánica de la señalización para que podamos centrarnos solo en la mecánica es realmente útil, "Dijo Curtis.


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