Científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst informan en la edición actual de Pequeña que han diseñado genéticamente una nueva cepa de bacterias que hila alambres extremadamente delgados y altamente conductores compuestos únicamente de no tóxicos, aminoácidos naturales.

Los investigadores dirigidos por el microbiólogo Derek Lovely dicen que los cables, que rivalizan con los cables más delgados conocidos por el hombre, se producen a partir de energías renovables, materias primas económicas y evitar los duros procesos químicos que se suelen utilizar para producir materiales nanoelectrónicos.

Lovley dice:"Se necesitan nuevas fuentes de materiales electrónicos para satisfacer la creciente demanda de dispositivos electrónicos más potentes de forma sostenible ". La capacidad de producir en masa cables conductores tan delgados con esta tecnología sostenible tiene muchas aplicaciones potenciales en dispositivos electrónicos, funcionando no solo como cables, pero también transistores y condensadores. Las aplicaciones propuestas incluyen sensores biocompatibles, dispositivos informáticos, y como componentes de paneles solares.

Este avance comenzó hace una década, cuando Lovley y sus colegas descubrieron que Geobacter, un microorganismo común del suelo, podría producir "nanocables microbianos, "filamentos de proteínas eléctricamente conductores que ayudan al microbio a crecer en los minerales de hierro abundantes en el suelo. Estos nanocables microbianos eran lo suficientemente conductores para satisfacer las necesidades de la bacteria, pero su conductividad estaba muy por debajo de las conductividades de los alambres orgánicos que los químicos podían sintetizar.

"A medida que aprendimos más sobre cómo funcionaban los nanocables microbianos, nos dimos cuenta de que podría ser posible mejorar el diseño de Nature, "dice Lovley." Sabíamos que una clase de aminoácidos era importante para la conductividad, así que reorganizamos estos aminoácidos para producir un nanoalambre sintético que pensamos que podría ser más conductor ".

El truco que descubrieron para lograr esto fue introducir triptófano, un aminoácido que no está presente en los nanocables naturales. El triptófano es un aminoácido aromático común conocido por causar somnolencia después de comer pavo de Acción de Gracias. Sin embargo, también es muy eficaz a nanoescala en el transporte de electrones.

"Diseñamos un nanoalambre sintético en el que se insertó un triptófano donde la naturaleza había usado una fenilalanina y puso otro triptófano para una de las tirosinas. Esperábamos tener suerte y que Geobacter todavía pudiera formar nanocables a partir de este péptido sintético y tal vez duplicar el nanocable". conductividad, "dice Lovley.

Los resultados superaron con creces las expectativas de los científicos. Diseñaron genéticamente una cepa de Geobacter y fabricaron grandes cantidades de nanocables sintéticos 2000 veces más conductores que el producto biológico natural. Una ventaja adicional es que los nanocables sintéticos, a lo que Lovley se refiere como "bioalambre, "tenía un diámetro sólo la mitad que el del producto natural.

"Nos quedamos impresionados con este resultado, "dice Lovley. La conductividad del bioalambre excede la de muchos tipos de nanocables orgánicos producidos químicamente con diámetros similares. El diámetro extremadamente delgado de 1,5 nanómetros (más de 60, 000 veces más delgado que un cabello humano) significa que miles de cables se pueden empaquetar fácilmente en un espacio muy pequeño.

El beneficio adicional es que la fabricación de bioalambres no requiere ninguno de los productos químicos peligrosos que se necesitan para la síntesis de otros nanocables. También, biowire no contiene componentes tóxicos. "Geobacter se puede cultivar con materias primas orgánicas renovables baratas, por lo que es un proceso muy 'verde', ", señala. Y, aunque el bioalambre está hecho de proteína, es extremadamente duradero. De hecho, El laboratorio de Lovley tuvo que trabajar durante meses para establecer un método para descomponerlo.

"Es una proteína bastante inusual, Lovley dice. "Esto puede ser solo el comienzo", agrega. Los investigadores de su laboratorio produjeron recientemente más de otras 20 cepas de Geobacter, cada uno produce una variante de bioalambre distinta con nuevas combinaciones de aminoácidos. Él nota, "Espero que nuestro éxito inicial atraiga más fondos para acelerar el proceso de descubrimiento. Esperamos poder modificar el bioalambre de otras formas para expandir sus aplicaciones potenciales".