Los ingenieros del MIT y el Imperial College de Londres han desarrollado una nueva forma de generar materiales resistentes y funcionales utilizando una mezcla de bacterias y levadura similar a la "madre kombucha" que se usa para fermentar el té.
Usando esta mezcla, también llamada SCOBY cultivo simbiótico de bacterias y levaduras, los investigadores pudieron producir celulosa incrustada con enzimas que pueden realizar una variedad de funciones, como detectar contaminantes ambientales. También demostraron que podían incorporarlevadura directamente en el material, creando "materiales vivos" que podrían usarse para purificar el agua o para fabricar materiales de empaque "inteligentes" que puedan detectar daños.
"Prevemos un futuro en el que se puedan cultivar diversos materiales en casa o en instalaciones de producción locales, utilizando biología en lugar de fabricación centralizada intensiva en recursos", dice Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica..
Lu y Tom Ellis, profesor de bioingeniería en el Imperial College de Londres, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Materiales naturales . Los autores principales del artículo son el estudiante graduado del MIT Tzu-Chieh Tang y el postdoctorado de la Universidad de Cambridge Charlie Gilbert.
División del trabajo
Hace varios años, el laboratorio de Lu desarrolló una forma de usar E. coli para generar biopelículas incrustadas con materiales como nanocables de oro. Sin embargo, esas películas son muy pequeñas y delgadas, lo que las hace difíciles de usar en la mayoría de las aplicaciones a gran escala.En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar una forma de utilizar microbios para generar mayores cantidades de materiales más sustanciales.
Pensaron en crear una población de microbios similar a una madre kombucha, que es una mezcla de ciertos tipos de bacterias y levaduras. Estas fábricas de fermentación, que generalmente contienen una especie de bacteria y una o más especies de levadura, producen etanol, celulosa,y ácido acético, que le da al té de kombucha su sabor distintivo.
La mayoría de las cepas de levadura salvaje utilizadas para la fermentación son difíciles de modificar genéticamente, por lo que los investigadores las reemplazaron con una cepa de levadura de laboratorio llamada Saccharomyces cerevisiae. Combinaron la levadura con un tipo de bacteria llamada Komagataeibacter rhaeticus, que sus colaboradores en ImperialCollege London había aislado previamente de una madre kombucha. Esta especie puede producir grandes cantidades de celulosa.
Debido a que los investigadores utilizaron una cepa de levadura de laboratorio, pudieron diseñar las células para hacer cualquiera de las cosas que la levadura de laboratorio puede hacer, por ejemplo, producir enzimas que brillan en la oscuridad o detectar contaminantes en el medio ambiente. La levaduratambién se pueden programar para que puedan descomponer los contaminantes después de detectarlos.
Mientras tanto, las bacterias en el cultivo producen cantidades a gran escala de celulosa resistente para servir como un andamio. Los investigadores diseñaron su sistema para que puedan controlar si la levadura en sí, o simplemente las enzimas que producen, se incorporan a laestructura de celulosa. Solo se necesitan unos días para hacer crecer el material y, si se deja el tiempo suficiente, puede espesarse para ocupar un espacio tan grande como una bañera.
"Creemos que este es un buen sistema que es muy barato y muy fácil de fabricar en cantidades muy grandes", dice Tang. "Es al menos mil veces más material que el sistema de E. coli".
Solo agregue té
Para demostrar el potencial de su cultivo de microbios, al que llaman "Syn-SCOBY", los investigadores crearon un material que incorpora levadura que detecta el estradiol, que a veces se encuentra como contaminante ambiental. En otra versión, utilizaron una cepa de levaduraque produce una proteína brillante llamada luciferasa cuando se expone a la luz azul. Estas levaduras podrían cambiarse por otras cepas que detectan otros contaminantes, metales o patógenos.
El cultivo se puede cultivar en un medio de cultivo de levadura normal, que los investigadores utilizaron para la mayoría de sus estudios, pero también han demostrado que puede crecer en té con azúcar. Los investigadores prevén que los cultivos podrían personalizarse para que las personas los utilicenen casa para cultivar filtros de agua u otros materiales útiles.
"Prácticamente todo el mundo puede hacer esto en su cocina o en casa", dice Tang. "No tienes que ser un experto. Solo necesitas azúcar, necesitas té para proporcionar los nutrientes y necesitas un poco deMadre Syn-SCOBY. "
La investigación fue financiada, en parte, por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., El Instituto MIT de Nanotecnologías de Soldados y el Fondo Semilla del MIT-MISTI MIT-Imperial College London. Tang recibió el apoyo de la Beca MIT J-WAFS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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