Los ingenieros del MIT y el Imperial College de Londres han desarrollado una nueva forma de generar materiales funcionales que utilizan una mezcla de bacterias y levadura similar a la "madre kombucha" utilizada para fermentar el té.

Usando esta mezcla, también llamado SCOBY (cultivo simbiótico de bacterias y levaduras), los investigadores pudieron producir celulosa incrustada con enzimas que pueden realizar una variedad de funciones, como la detección de contaminantes ambientales. También demostraron que podían incorporar levadura directamente en el material, creando "materiales vivos" que podrían usarse para purificar el agua o para fabricar materiales de empaque "inteligentes" que puedan detectar daños.

"Prevemos un futuro en el que se puedan cultivar diversos materiales en casa o en instalaciones de producción locales, utilizando la biología en lugar de la fabricación centralizada intensiva en 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 artículo, que aparece hoy en Materiales de la naturaleza . Los autores principales del artículo son el estudiante graduado del MIT Tzu-Chieh Tang y el postdoctorado de la Universidad de Cambridge Charlie Gilbert.

División del trabajo

Muchos años atrás, El laboratorio de Lu desarrolló una forma de utilizar E. coli para generar biopelículas incrustadas con materiales como nanocables de oro. Sin embargo, esas películas son muy pequeñas y delgadas, haciéndolos difíciles de usar en la mayoría de aplicaciones a gran escala. En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar una forma de utilizar microbios para generar mayores cantidades de materiales más sustanciales.

Pensaron en crear una población de microbios similar a una madre kombucha, que es una mezcla de ciertos tipos de bacterias y levaduras. Estas fábricas de fermentación, que generalmente contienen una especie de bacteria y una o más especies de levadura, producir etanol, celulosa, y ácido acético, 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 los reemplazaron con una cepa de levadura de laboratorio llamada Saccharomyces cerevisiae. Combinaron la levadura con un tipo de bacteria llamada Komagataeibacter rhaeticus, que sus colaboradores del Imperial College de Londres habían aislado previamente de una madre kombucha. Esta especie puede producir grandes cantidades de celulosa.

Debido a que los investigadores utilizaron una cepa de levadura de laboratorio, podrían diseñar las células para hacer cualquiera de las cosas que puede hacer la levadura de laboratorio, por ejemplo, produciendo enzimas que brillan en la oscuridad, o detectar contaminantes en el medio ambiente. La levadura también se puede programar 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 levadura o solo las enzimas que producen, se incorporan a la estructura de la celulosa. Solo se necesitan unos días para hacer crecer el material, y si se deja el tiempo suficiente, puede engrosarse para ocupar un espacio tan grande como una bañera.

"Creemos que este es un buen sistema que es muy barato y muy fácil de hacer en cantidades muy grandes, ", Dice Tang." Es al menos mil veces más material que el sistema de E. coli ".

Solo agrega té

Para demostrar el potencial de su cultivo de microbios, 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 exponen a la luz azul. Estas levaduras podrían intercambiarse por otras cepas que detectan otros contaminantes, rieles, o patógenos.

El cultivo se puede cultivar en medio de cultivo de levadura normal, que los investigadores utilizaron para la mayoría de sus estudios, pero también han demostrado que puede crecer en té con azúcar. Los investigadores prevén que las culturas podrían personalizarse para que las personas las usen en casa para cultivar filtros de agua u otros materiales útiles.

"Casi todo el mundo puede hacer esto en su cocina o en casa, "Tang dice." No tienes que ser un experto. Solo necesitas azúcar necesitas té para proporcionar los nutrientes, y necesitas un pedazo de madre Syn-SCOBY ".