Un bloque de partículas de arena unidas por células vivas. Crédito:Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Boulder de la Universidad de Colorado, CC BY-ND
Los edificios no son diferentes al cuerpo humano. Tienen huesos y piel; ellos respiran. Electrificado, consumen energía, regular la temperatura y generar residuos. Los edificios son organismos, aunque inanimados.
Pero, ¿y si los edificios, las paredes, techos pisos, ventanas, en realidad estaban vivas, crecidas, mantenido y curado por materiales vivos? Imagínese arquitectos que utilizan herramientas genéticas que codifican la arquitectura de un edificio directamente en el ADN de los organismos, que luego hacen crecer edificios que se autoreparan, interactuar con sus habitantes y adaptarse al entorno.
La arquitectura viva está pasando del ámbito de la ciencia ficción al laboratorio a medida que equipos interdisciplinarios de investigadores convierten las células vivas en fábricas microscópicas. En la Universidad de Colorado Boulder, Dirijo el Laboratorio de Materiales Vivos. Junto a colaboradores en bioquímica, microbiología, ciencia de materiales e ingeniería estructural, utilizamos kits de herramientas de biología sintética para diseñar bacterias para crear minerales y polímeros útiles y convertirlos en bloques de construcción vivientes que podrían, Un día, dar vida a los edificios.
En un estudio publicado en Informes científicos , mis colegas y yo programamos genéticamente E. coli para crear partículas de piedra caliza con diferentes formas, tamaños rigideces y tenacidad. En otro estudio, mostramos que E. coli se puede programar genéticamente para producir estireno, el producto químico utilizado para hacer espuma de poliestireno, comúnmente conocido como espuma de poliestireno.
Juliana Artier, un investigador postdoctoral de la Universidad de Colorado Boulder, funciona con un frasco de cianobacterias que ha sido modificado genéticamente para producir materiales de construcción. Crédito:Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Boulder de la Universidad de Colorado, CC BY-ND
Células ecológicas para la construcción ecológica
En nuestro trabajo más reciente, publicado en Importar , Usamos cianobacterias fotosintéticas para ayudarnos a desarrollar un material de construcción estructural, y lo mantuvimos vivo. Similar a las algas, Las cianobacterias son microorganismos verdes que se encuentran en todo el medio ambiente, pero más conocidos por crecer en las paredes de su pecera. En lugar de emitir CO 2 , las cianobacterias usan CO 2 y la luz del sol para crecer y, en las condiciones adecuadas, crear un biocemento, que usamos para ayudarnos a unir partículas de arena para hacer un ladrillo viviente.
Manteniendo vivas las cianobacterias, pudimos fabricar materiales de construcción de manera exponencial. Tomamos un ladrillo vivo lo partió por la mitad y creció dos ladrillos completos de las mitades. Los dos ladrillos llenos se convirtieron en cuatro, y cuatro se convirtieron en ocho. En lugar de crear un ladrillo a la vez, aprovechamos el crecimiento exponencial de bacterias para hacer crecer muchos ladrillos a la vez, lo que demuestra un nuevo método de fabricación de materiales.
Los investigadores solo han arañado la superficie del potencial de los materiales vivos diseñados. Otros organismos podrían impartir otras funciones vivas a los bloques de construcción de materiales. Por ejemplo, diferentes bacterias pueden producir materiales que se curan a sí mismos, sentir y responder a estímulos externos como presión y temperatura, o incluso iluminar. Si la naturaleza puede hacerlo, los materiales vivos pueden diseñarse para hacerlo, también.
También se necesita menos energía para producir edificios vivos que los estándar. Fabricar y transportar los materiales de construcción actuales consume mucha energía y emite mucho CO 2 . Por ejemplo, la piedra caliza se quema para hacer cemento para hormigón. Los metales y la arena se extraen y funden para hacer acero y vidrio. La fabrica, El transporte y ensamblaje de materiales de construcción representan el 11% del CO global 2 emisiones. La producción de cemento por sí sola representa el 8%. A diferencia de, algunos materiales vivos, como nuestros ladrillos de cianobacterias, en realidad podría secuestrar CO 2 .
Los materiales de construcción vivos se pueden formar en muchas formas, como esta armadura. Crédito:Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Boulder de la Universidad de Colorado, CC BY-ND
Un campo en crecimiento
Equipos de investigadores de todo el mundo están demostrando el poder y el potencial de los materiales vivos diseñados a muchas escalas. incluyendo biopelículas conductoras de electricidad, catalizadores vivos unicelulares para reacciones de polimerización y energía fotovoltaica viva. Los investigadores han creado máscaras vivientes que detectan y comunican la exposición a sustancias químicas tóxicas. Los investigadores también están tratando de cultivar y ensamblar materiales a granel a partir de una sola célula programada genéticamente.
Si bien las células individuales suelen tener un tamaño inferior a una micra (una milésima de milímetro), los avances en la biotecnología y la impresión 3D permiten la producción comercial de materiales vivos a escala humana. Ecovativo, por ejemplo, cultiva materiales espumosos utilizando micelio de hongos. Biomason produce bloques biocementados y baldosas cerámicas utilizando microorganismos. Aunque estos productos quedan sin vida al final del proceso de fabricación, Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft han ideado una forma de encapsular e imprimir en 3D bacterias vivas en estructuras multicapa que podrían emitir luz cuando se encuentran con ciertos productos químicos.
El campo de los materiales vivos diseñados está en su infancia, y se necesita más investigación y desarrollo para cerrar la brecha entre la investigación de laboratorio y la disponibilidad comercial. Los desafíos incluyen el costo, pruebas, certificación y ampliación de la producción. La aceptación del consumidor es otro problema. Por ejemplo, la industria de la construcción tiene una percepción negativa de los organismos vivos. Piensa en el moho moho, arañas hormigas y termitas. Esperamos cambiar esa percepción. Los investigadores que trabajan con materiales vivos también deben abordar las preocupaciones sobre la seguridad y la biocontaminación.
La National Science Foundation nombró recientemente a los materiales vivos diseñados como una de las principales prioridades de investigación del país. La biología sintética y los materiales vivos diseñados desempeñarán un papel fundamental para abordar los desafíos que enfrentarán los humanos en la década de 2020 y más allá:cambio climático, resiliencia ante desastres, infraestructura envejecida y sobrecargada, y exploración espacial.
Si la humanidad tuviera un paisaje en blanco, ¿Cómo construiría la gente las cosas? Sabiendo lo que los científicos saben ahora, Estoy seguro de que no quemaríamos piedra caliza para hacer cemento, extraer mineral para hacer acero o fundir arena para hacer vidrio. En lugar de, Creo que recurriríamos a la biología para ayudarnos a construir y difuminar los límites entre nuestro entorno construido y los vivos, mundo natural.
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original. 
