Los puntos negros son nanopartículas de oro atraídas por cúpulas sensibles a la presión construidas por bacterias genéticamente modificadas.Los materiales microestructurados creados desde cero a menudo se encuentran en la naturaleza. Combinan orgánicos e inorgánicos, mientras que poseen cualidades físicas mejoradas. Por ejemplo, los moluscos son microestructuras multicapa de carbonato de calcio con una pequeña cantidad de materia orgánica. Este material es aproximadamente 1000 veces más fuerte que el carbonato de calcio regular. Nuestros propios huesos también son una mezcla de colágeno orgánico y minerales inorgánicos. A diferencia de los métodos convencionales de producción física y química, el ensamblaje biológico es ecológico y se basa en bloques de construcción autoensamblados.
Los avances modernos en biología sintética y la producción de biomateriales ya permiten programar el autoensamblaje de proteínas, péptidos y cadenas de ADN. Ahora ha llegado el turno a la electrónica. Los científicos han construido bacterias OGM, cuyas colonias forman un sensor electrónico de presión (panel táctil).
Una forma de crear material que combine compuestos orgánicos e inorgánicos es modificar una bacteria para que controle la creación de una biopelícula en la que se ensamblan los componentes inorgánicos.
En 2014, el
primer experimento se llevó a cabo en el autoensamblaje de fibrillas amiloides de
células de bacterias
E. coli , lo que resultó en una biopelícula conductora con un electrodo, que se controló externamente como un interruptor electrónico. Pero ese método tenía fallas, por ejemplo, una colonia de bacterias tenía que cultivarse previamente en una superficie 2D especialmente estructurada. Ahora, los bioingenieros de la Universidad de Duke (EE. UU.) Utilizaron los logros anteriores de 2014 y propusieron un
nuevo método sin estas deficiencias. Dicen que una sola célula, es decir, una sola bacteria, es suficiente para hacer crecer el dispositivo. Después de propagar y recibir el comando apropiado, la colonia bacteriana forma de forma independiente las estructuras 3D necesarias que atraerán partículas de oro hacia sí en los lugares correctos, y finalmente forman el dispositivo con la funcionalidad dada (en este caso, es un sensor de presión).
Producción de material programable utilizando una bacteria GMO que forma una plantilla. (a) El esquema génico consiste en ARN polimerasa T7 mutado (T7RNAP), que activa su propia expresión, así como la expresión de las proteínas LuxR y LuxI. La proteína LuxI media la síntesis de AHL, que promueve la expresión de la lisozima T7, la proteína CsgA y el fluoróforo mCherry a través de la activación LuxR. El circuito se activa mediante la adición exógena de IPTG . (b) Las bacterias con vellosidades curli pueden formar patrones curli autoorganizados en cada colonia, que sirven como marco para el ensamblaje de materiales inorgánicos. (c) Un panel táctil que detecta y convierte los cambios de presión locales. La forma del domo es un material microestructurado creado por una colonia de bacterias. Las líneas naranjas corresponden a cables conductores de la electricidad, y dos planos azules corresponden a superficies de soporte.Como se muestra en el diagrama anterior, las bacterias llevan a cabo las instrucciones establecidas (programa), dando como resultado una estructura abovedada. El tamaño de la cúpula se puede controlar cambiando el tamaño de la colonia. La cúpula atrae una nanopartícula de oro. A partir de ellos se forma una carcasa conductora de electricidad: un contacto de panel táctil.
Procesamiento de señal confiable por sensores de presión bacteriológicos. Se muestra la intensidad del brillo del LED, que se ilumina según la presión del sensor.El touchpad se prueba en el laboratorio. Normalmente registra no solo el hecho de la presión, sino también la fuerza de la presión.
"Esta tecnología nos permite desarrollar un dispositivo funcional a partir de una célula",
dice Lingchong You, profesor asociado de ingeniería en la Universidad de Duke. "Fundamentalmente, esto no es diferente de programar una célula para que se convierta en un árbol".
Según el profesor, es posible agregar que algunas células vivas están programadas para convertirse en una persona, de modo que a través de la modificación genética, puede crear una variedad de sistemas a partir de una célula, si programa la célula correctamente y deja que se multiplique en un medio nutriente.
Demostración del panel táctil ensamblado por bacterias GMO:
El artículo científico fue
publicado el 9 de octubre de 2017 en la revista
Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.3978,
pdf ).