Los mariscos como los mejillones y los percebes secretan proteínas muy pegajosas que les ayudan a adherirse a las rocas o a los cascos de los barcos. incluso bajo el agua. Inspirado en estos adhesivos naturales, un equipo de ingenieros del MIT ha diseñado nuevos materiales que podrían usarse para reparar barcos o ayudar a curar heridas e incisiones quirúrgicas.

Para crear sus nuevos adhesivos impermeables, Los investigadores del MIT diseñaron bacterias para producir un material híbrido que incorpora proteínas de mejillón naturalmente pegajosas, así como una proteína bacteriana que se encuentra en las biopelículas, capas viscosas formadas por bacterias que crecen en una superficie. Cuando se combina, estas proteínas forman adhesivos submarinos aún más fuertes que los secretados por los mejillones.

Este proyecto, descrito en la edición del 21 de septiembre de la revista Nanotecnología de la naturaleza , representa un nuevo tipo de enfoque que se puede explotar para sintetizar materiales biológicos con múltiples componentes, utilizando bacterias como pequeñas fábricas.

"El objetivo final para nosotros es configurar una plataforma en la que podamos comenzar a construir materiales que combinen múltiples dominios funcionales diferentes juntos y ver si eso nos brinda un mejor rendimiento de los materiales, "dice Timothy Lu, profesor asociado de ingeniería biológica e ingeniería eléctrica e informática (EECS) y autor principal del artículo.

El autor principal del artículo es Chao Zhong, un ex postdoctorado del MIT que ahora se encuentra en la Universidad ShanghaiTech. Otros autores son el estudiante de posgrado Thomas Gurry, estudiante de posgrado Allen Cheng, senior Jordan Downey, postdoctorado Zhengtao Deng, y Collin Stultz, profesor en EECS.

Adhesivos complejos

La sustancia pegajosa que ayuda a los mejillones a adherirse a las superficies bajo el agua está formada por varias proteínas conocidas como proteínas del pie de mejillón. "Muchos organismos submarinos necesitan poder adherirse a las cosas, por lo que fabrican todo tipo de adhesivos de los que puede pedir prestados, "Dice Lu.

Los científicos han diseñado previamente la bacteria E. coli para producir proteínas individuales de patas de mejillón, pero estos materiales no capturan la complejidad de los adhesivos naturales, Dice Lu. En el nuevo estudio, el equipo del MIT quería diseñar bacterias para producir dos proteínas de pie diferentes, combinadas con proteínas bacterianas llamadas fibras curli, proteínas fibrosas que pueden agruparse y ensamblarse en mallas mucho más grandes y complejas.

El equipo de Lu diseñó bacterias para que produjeran proteínas que constan de fibras de curli unidas a la proteína 3 de la pata de mejillón o la proteína 5 de la pata de mejillón. Después de purificar estas proteínas de las bacterias, los investigadores los dejaron incubar y formar densos, mallas fibrosas. El material resultante tiene una estructura regular pero flexible que se adhiere fuertemente a superficies secas y húmedas.

Los investigadores probaron los adhesivos utilizando microscopía de fuerza atómica, una técnica que explora la superficie de una muestra con una punta diminuta. Descubrieron que los adhesivos se unían fuertemente a puntas hechas de tres materiales diferentes:sílice, oro, y poliestireno. Los adhesivos ensamblados a partir de cantidades iguales de proteína de pie de mejillón 3 y proteína de pie de mejillón 5 formaron adhesivos más fuertes que aquellos con una proporción diferente, o solo una de las dos proteínas por sí solas.

Estos adhesivos también eran más fuertes que los adhesivos naturales para mejillones, y son los más fuertes inspirados biológicamente, adhesivos subacuáticos a base de proteínas notificados hasta la fecha, dicen los investigadores.

Más fuerza adhesiva

Usando esta técnica, los investigadores pueden producir solo pequeñas cantidades de adhesivo, por lo que ahora están tratando de mejorar el proceso y generar mayores cantidades. También planean experimentar con la adición de algunas de las otras proteínas del pie de mejillón. "Estamos tratando de averiguar si agregando otras proteínas del pie de mejillón, podemos aumentar aún más la fuerza adhesiva y mejorar la robustez del material, "Dice Lu.

El equipo también planea intentar crear "pegamentos vivos" que consisten en películas de bacterias que podrían detectar daños en una superficie y luego repararlos secretando un adhesivo.