Es un desafío de larga data poder controlar los sistemas biológicos para realizar tareas específicas. En un artículo publicado en Física de la naturaleza , investigadores del Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, en colaboración con grupos en EE. UU. y Reino Unido, ahora han informado que hacen precisamente eso. Han encontrado una forma de controlar las bacterias para transportar carga microscópica. Las bacterias forman la biomasa más grande del mundo, más grande que todos los animales y plantas combinados, y están en constante movimiento, pero su movimiento es caótico. Los investigadores persiguieron la idea de que si este movimiento pudiera controlarse, podrían convertirlo en una herramienta biológica. Utilizaron un cristal líquido para dictar la dirección del movimiento bacteriano, y agregó una carga microscópica para que las bacterias la lleven, más de cinco veces el tamaño de las bacterias.

Construcción de vías férreas a escala bacteriana

El profesor asistente Amin Doostmohammadi del Instituto Niels Bohr explica que en el pasado, ha habido intentos de controlar el comportamiento de las bacterias. Pero él y sus colegas adoptaron un enfoque novedoso:"Pensamos para nosotros mismos, ¿Qué tal si creamos una pista para las bacterias? La forma en que lo hacemos experimentalmente es poner las bacterias dentro de un cristal líquido. El truco es que un cristal líquido no es como un cristal, ni es un liquido, está en algún punto intermedio. Cada molécula del cristal tiene una orientación, pero no tiene un orden posicional. Esto significa que las moléculas pueden fluir como un líquido, pero también pueden alinearse como un cristal al mismo tiempo. Esta es exactamente la física subyacente a las pantallas de cristal líquido (LCD) para televisores, monitores y teléfonos móviles Podemos preparar el cristal líquido subyacente de modo que adopte un patrón bien definido. Y las bacterias se orientarán en la misma dirección. No restringe el movimiento bacteriano, simplemente los orienta en la dirección que queremos ".

Diseño de patrones y construcción de modelos.

Fuertes chorros de bacterias que se mueven en una dirección designada sin fluctuaciones es el gran resultado del experimento, según Amin Doostmohammadi. ¿Qué sucede normalmente si los chorros de bacterias son lo suficientemente fuertes como para ser útiles? la concentración de bacterias debe ser alta, y las inestabilidades suelen empezar a aparecer. El chorro se vuelve inestable y caótico. Pero en el patrón de cristal líquido, las inestabilidades pueden suprimirse en gran medida y evitar que los chorros de bacterias se vuelvan caóticos. El patrón dicta la dirección. Esto significa que es posible crear chorros de bacterias lo suficientemente fuertes como para transportar hilos de carga microscópica, cada pieza de carga es cinco veces el tamaño de las propias bacterias.

Un campo científico en expansión

Durante los últimos 10 años aproximadamente, el campo científico se ha expandido. Ahora, es posible controlar las bacterias en gran medida y la llamada "materia activa":las bacterias, se puede hacer girar o formar diferentes patrones. Ahora, con este enfoque, Los chorros de bacterias se pueden estabilizar en el espacio de modo que incluso puedan transportar carga microscópica.

"Todavía estamos en un nivel experimental, y todavía no hay un área de uso designada para esta técnica. En este momento, la principal motivación son las aplicaciones médicas. Pero en serio, cuando lo pensamos, en realidad estamos hablando de un tipo de material completamente nuevo. Conocemos el cristal líquido de antes, pero ahora se trata de un cristal líquido vivo, "Dice Amin Doostmohammadi." Puedes imaginar todo tipo de oportunidades de ciencia de materiales con esta investigación. Quizás podría aplicarse a otros sistemas, al comportamiento celular o al comportamiento de los espermatozoides, etc. Como físico teórico, Pienso en las implicaciones fundamentales en términos de ciencia, pero esta capacidad de administración de fármacos por bacterias, esto es algo nuevo. Una cosa que vale la pena señalar es que cuando administra un medicamento de esta manera, no necesitas ninguna fuerza externa. Las bacterias lo hacen por sí mismas. Es como un fluido que se bombea a sí mismo. Es un fluido de auto bombeo, por así decirlo."

La teoría y la experimentación están indisolublemente vinculadas

Los resultados se han obtenido en colaboración con otros grupos de investigación. Dos colaboradores en EE. UU., Oleg Lavrentovich en Kent State University e Igor Aranson en Penn State University:comenzaron esta rama de investigación en 2014. Ahora se asoció con Amin Doostmohammadi en el Instituto Niels Bohr y Julia Yeomans en la Universidad de Oxford. los experimentos y la teoría se han unido para diseñar y controlar fuertes chorros de bacterias. "Puede que tengamos una idea teórica, pero es el acoplamiento de la teoría y el experimento lo que realmente conduce a estos resultados prometedores, "dice Amin Doostmohammadi.