Materiales vivos ingenierizados con esporas bacterianas prometen sostenibilidad

Las esporas bacterianas, estructuras de supervivencia formadas por ciertas especies de bacterias, están demostrando ser un cambio radical en el ámbito de los materiales vivos ingenierizados (ELMs). Al incorporar esporas de Bacillus dentro de estos materiales, Jeong-Joo Oh, Franka van der Linden, Marie-Eve Aubin-Tam y sus colegas crearon materiales vivos que no solo soportan entornos hostiles, sino que también pueden ser programados para realizar tareas específicas.

En el futuro, estos materiales podrían ser un reemplazo sostenible para los materiales basados en combustibles fósiles. Sus hallazgos fueron publicados en Science Advances.

Estos ELMs, que crecen de manera autónoma, tienen un amplio rango de aplicaciones potenciales, como la detección de biomarcadores de enfermedades y la catálisis de la descomposición de contaminantes ambientales. También podrían funcionar como compuestos auto-reparadores. En el futuro, esta última aplicación podría ser utilizada en materiales de construcción, de manera similar al concreto auto-reparable desarrollado por el colega de TU Delft, Henk Jonkers.

"Imagina pedirle a las bacterias que produzcan minerales que llenen una grieta en el concreto, podríamos tener paredes auto-reparadoras", explica Jeong-Joo Oh, primer coautor del artículo. "Además, este enfoque podría avanzar en la sostenibilidad, ya que los ELMs podrían reemplazar materiales basados en combustibles fósiles, como los plásticos, en nuestra vida diaria".

Lo único de estos nuevos materiales es su funcionalidad programable bajo demanda. Los ELMs pueden dormir, sobrevivir en condiciones adversas y despertarse a pedido. "Las células vivas convencionales pueden realizar funciones útiles como detectar biomarcadores, pero solo sobreviven por un corto tiempo. Queríamos un material que pudiéramos usar cuando quisiéramos", dice Oh.

Inspirados por el ciclo de vida bacteriano

"Así que buscamos una manera de mantener las células vivas e inspiramos en el ciclo de vida de las bacterias". Ciertas especies bacterianas pueden cambiar a un estado inactivo y metabólicamente inactivo, llamado espora. Las esporas son extremadamente resistentes al calor, la sequedad y el estrés químico.

"Este estado inactivo nos permite 'despertar' a las bacterias cuando se desean las funciones programables", dice Oh. "Usando bacterias normales, solo puedes usar el material dentro de unos días o una semana. Descubrimos que con esporas todavía funciona después de seis meses sin perder funcionalidad".

Dos especies colaboran

Para fabricar el material, los científicos combinaron dos especies bacterianas: Komogataeibacter rhaeticus y Bacillus subtilis. K. rhaeticus produce fibras de celulosa bacteriana fuertes que actúan como una barrera física protectora. Bacillus contribuye con su capacidad de formación de esporas.

La mezcla produce un material vivo robusto. Al modificar genéticamente la superficie de las esporas bacterianas, el equipo añadió la funcionalidad necesaria. Además, el paso de ingeniería genética mejoró la unión de las esporas a la celulosa.

Paso a paso hacia el uso en el mundo real

Antes de que estos materiales aparezcan en nuestra vida diaria, el rendimiento y la estabilidad a largo plazo de los ELMs deben cumplir con los estándares de los materiales existentes.

"En esta etapa, nuestro trabajo está a nivel de prueba de concepto en el laboratorio", señala Oh. "Para usar estos materiales en concreto, por ejemplo, deben igualar la resistencia de los materiales de construcción existentes. Pero los resultados ya son muy prometedores. Paso a paso, espero reemplazar materiales insostenibles por otros vivos y auto-sostenibles".