Cuando el interior de la concha de un molusco brilla a la luz del sol, la iridiscencia no es producida por pigmentos de colores sino por diminutas estructuras físicas autoensambladas a partir de células vivas y componentes inorgánicos. Ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) ha desarrollado una plataforma para imitar esta capacidad de autoensamblaje mediante la ingeniería de células vivas para que actúen como punto de partida para la construcción de materiales compuestos.

Los materiales vivos diseñados (ELM) utilizan células vivas como "andamios de materiales" y son una nueva clase de material que podría abrir la puerta a materiales autocurativos y otras aplicaciones avanzadas en bioelectrónica. biosensor, y materiales inteligentes. Dichos materiales podrían imitar las propiedades emergentes que se encuentran en la naturaleza, donde un sistema complejo tiene propiedades que los componentes individuales no tienen, como la iridiscencia o la fuerza.

Tomando prestado de esta complejidad vista en la naturaleza, Los investigadores del laboratorio de Berkeley diseñaron una bacteria que puede adherir una amplia gama de nanomateriales a la superficie de su célula. También pueden controlar con precisión la composición y la densidad de los componentes, creando un material vivo híbrido estable. El estudio que describe su trabajo fue publicado recientemente en Biología sintética ACS .

"Dado que el orden jerárquico subyace a las propiedades de muchos materiales biocompuestos, ser capaz de regular el espaciado de diferentes componentes en múltiples dimensiones es la clave para diseñar ELM predecibles, "dijo Caroline Ajo-Franklin, un científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab que dirigió el estudio. "Nuestra nueva plataforma ofrece un punto de partida versátil que abre una amplia gama de nuevas posibilidades para la construcción de ELM".

Tanto las estructuras naturales como los ELM que inspiran están formados por patrones jerárquicos de materiales. Esto significa que para un material hecho de bloques de construcción de tamaño regular, cada bloque grande está hecho de bloques más pequeños, y cada uno de los bloques más pequeños está hecho de piezas aún más pequeñas. Por ejemplo, los moluscos construyen sus conchas a partir de "plaquetas" superdelgadas de solo 500 nanómetros de espesor, y cada plaqueta está formada por millones de diminutos nanogranos con un diámetro de solo 30 nanómetros.

Para controlar el autoensamblaje de este tipo de estructuras en la superficie de las células vivas, Ajo-Franklin y su equipo aprovecharon las proteínas de la capa superficial (S-Layer) para formar ordenadas, estructuras en forma de láminas en la superficie de muchos microbios. "Es la diferencia entre construir una base a partir de una hoja sólida que se ajusta a la superficie de la celda frente a un conjunto desordenado de cuerdas, "dijo Ajo-Franklin, quien también ocupa un cargo conjunto en la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada de Berkeley Lab en el Área de Biociencias.

Los investigadores eligieron la bacteria Caulobacter crescentus porque puede sobrevivir en condiciones de bajos nutrientes y oxígeno. y su proteína S-Layer, RsaA, porque está muy bien estudiado. El equipo diseñó RsaA con un sistema biológico de "cerradura y llave" para controlar con precisión dónde y qué tan densamente se adhieren los materiales a la superficie celular.

"Creamos un conjunto de bacterias que pueden adherir de manera irreversible una variedad de materiales duros o blandos como biopolímeros o nanopartículas semiconductoras a la superficie celular sin dañar las células, "dijo Marimikel Charrier, asociado de ingeniería científica y autor principal del estudio. "Este kit de construcción viviente es un primer paso fundamental hacia la creación de autoensamblaje, autocuración, biomateriales híbridos ".