Para la mayoría de las personas, las biopelículas evocan imágenes de piedras resbaladizas en el lecho de un río y desagües sucios. Si bien hay muchas biopelículas "malas", que incluso causan placa dental molesta y una serie de otros problemas médicos más graves, un equipo del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard ve las biopelículas como una nueva plataforma sólida para nanomateriales de diseño. que pueda limpiar ríos contaminados, fabricar productos farmacéuticos, fabricar nuevos textiles, y más.

En breve, quieren renovar las biopelículas, y han desarrollado un novedoso sistema de ingeniería de proteínas llamado BIND para hacerlo. Usando BIND, que son las siglas de Biofilm-Integrated Nanofiber Display, el equipo dijo que las biopelículas podrían ser las fundiciones vivas del mañana para la producción a gran escala de biomateriales que se pueden programar para proporcionar funciones que no son posibles con los materiales existentes. Han informado de la prueba de concepto en Comunicaciones de la naturaleza .

"La mayoría de las investigaciones relacionadas con las biopelículas se centran actualmente en cómo deshacerse de las biopelículas, pero aquí demostramos que podemos diseñar estos materiales naturales súper resistentes para que realicen funciones específicas, por lo que es posible que los deseemos en cantidades específicas y para aplicaciones específicas. ", dijo Neel Joshi, miembro de la facultad principal del Instituto Wyss, Doctor., el autor principal del estudio. Joshi también es profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS).

Las biopelículas también se autoensamblan y se curan por sí solas. "Si se dañan, vuelven a crecer porque son tejidos vivos, "dijo el autor principal Peter Nguyen, Doctor., becario postdoctoral en el Wyss Institute y Harvard SEAS.

Las biopelículas son comunidades de bacterias instaladas en un pero extremadamente duro, matriz de material extracelular compuesto por azúcares, proteínas, material genético y más. Durante la formación de la biopelícula, las bacterias individuales bombean proteínas que se autoensamblan fuera de la célula, creando redes enredadas de fibras que esencialmente unen las células en comunidades que mantienen a las bacterias más seguras de lo que estarían por sí mismas.

El interés en la ingeniería de biopelículas se está disparando, y aunque varios otros equipos han desarrollado recientemente herramientas genéticas para controlar la formación de biopelículas, El equipo de Joshi alteró la composición del material extracelular en sí, esencialmente convirtiéndolo en una plataforma de producción autorreplicante para producir cualquier material que deseen producir.

"Hasta hace poco, no había suficiente cooperación entre los biólogos sintéticos y los investigadores de biomateriales para explotar el potencial sintético de las biopelículas de esta manera. Estamos tratando de cerrar esa brecha, "Dijo Joshi.

El equipo fusionó genéticamente una proteína con una función deseada en particular, por ejemplo, uno conocido por adherirse al acero - en una pequeña proteína llamada CsgA que ya es producida por E. coli bacterias. El dominio agregado luego siguió el camino a través del proceso natural por el cual CsgA se secreta fuera de la célula, donde se autoensambló en proteínas súper finas llamadas nanofibras amiloides. Estas proteínas amiloides retuvieron la funcionalidad de la proteína añadida, lo que garantiza en este caso que la biopelícula se adhiera al acero.

Las proteínas amiloides tradicionalmente tienen una mala reputación por su papel en causar tremendos problemas de salud, como la enfermedad de Alzheimer, pero en este caso su papel es fundamental para que BIND sea tan robusto. Estos amiloides pueden ensamblarse espontáneamente en fibras que, por peso, son más fuertes que el acero y más rígidos que la seda.

"Estamos entusiasmados con la versatilidad del método, también, ", Dijo Joshi. El equipo demostró la capacidad de fusionar 12 proteínas diferentes a la proteína CsgA, con secuencias y longitudes muy variables. Esto significa, en principio, que pueden utilizar esta tecnología para mostrar prácticamente cualquier secuencia de proteínas, una característica importante porque las proteínas realizan una serie de funciones impresionantes, desde la unión a partículas extrañas hasta la realización de reacciones químicas. transmitir señales, proporcionar soporte estructural, y transportar o almacenar ciertas moléculas.

Estas funciones no solo se pueden programar en la biopelícula una a la vez, pero también se pueden combinar para crear biopelículas multifuncionales.

El concepto de fábrica microbiana no es nuevo, pero por primera vez se aplica a materiales, a diferencia de moléculas solubles como medicamentos o combustibles. "Básicamente, estamos programando las células para que sean plantas de fabricación, ", Dijo Joshi." No solo producen una materia prima como un bloque de construcción, ellos orquestan el ensamblaje de esos bloques en estructuras de orden superior y mantienen esa estructura a lo largo del tiempo ".

"El trabajo fundamental que Neel y su equipo están haciendo con las biopelículas ofrece un vistazo a un futuro mucho más sostenible desde el punto de vista medioambiental, en el que las gigantescas fábricas se reducen al tamaño de una celda que podemos programar para fabricar nuevos materiales que satisfagan nuestras necesidades diarias, desde textiles hasta limpieza energética y medioambiental, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Don Ingber, MARYLAND., Doctor.

Por ahora, el equipo ha demostrado la capacidad de programar E. coli biopelículas que se adhieren a ciertos sustratos, como el acero, otros que pueden inmovilizar una serie de proteínas o promover la plantilla de plata para la construcción de nanocables.