Nuova frontiera, da cellule batteriche a biopellicole intelligenti

24 marzo 2014

Gli ingegneri del Mit di Boston hanno messo a punto un materiale ibrido, costituito da cellule batteriche in grado di legarsi a particelle inorganiche e produrre biopellicole intelligenti

Parliamo di una matrice di cellule batteriche, minerali e altre sostanze in grado di combinare le peculiarità della materia organica – risposta all’ambiente, produzione di molecole complesse ed estensione su scale spaziali diverse – con quelle dei materiali non viventi, come conducibilità elettrica ed emissione di luce. L’hanno messa a punto, come si legge su Nature Materials, gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (Mit), guidati da Timothy Lu. Il nuovo materiale, secondo gli autori della ricerca, potrà essere usato per progettare dispositivi complessi come celle solari, composti in grado di auto-ripararsi e sensori diagnostici: “La nostra idea è di mettere insieme mondo vivente e non vivente per costruire materiali ibridi funzionali”, racconta Lu, “È un modo completamente nuovo di pensare alla sintesi dei materiali”.

Lu e colleghi hanno lavorato con il batterio E. coli, che è in grado di produrre biopellicole contenenti le cosiddette curli fiber, proteine amiloidi che lo aiutano ad aderire alle superfici. Ogni fibra è costituita da una catena di subunità proteiche chiamate CsgA, che possono essere modificate aggiungendo frammenti di proteine (i peptidi), capaci a loro volta di inglobare materiali non viventi come nanoparticelle d’oro. Modificando questi meccanismi, i ricercatori sono riusciti a controllare le proprietà delle biopellicole, a mettere ogni cellula in comunicazione con le altre e a far si che la composizione del materiale fosse variabile nel tempo a seconda degli stimoli ambientali.

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Anzitutto, gli scienziati hanno riprogrammato il genoma delle cellule di E. coli in modo che producesse CsgA solo in presenza di un’altra molecola, chiamata Ahl: in questo modo è stato possibile controllare la produzione di fibre variando la quantità di Ahl nell’ambiente cellulare. Con lo stesso procedimento, i ricercatori hanno modificato anche la sintesi dei peptidi che si aggiungono al CgsA, in modo che questi – sotto certe condizioni – contenessero l’amminoacido istidina, una molecola in grado di legarsi a nanoparticelle d’oro. Nelle cellule così modificate, gli scienziati hanno osservato finalmente la creazione di minuscoli fili d’oro, cioè in sostanza di una vera e propria rete conduttrice dielettricità.

Non finisce qui. L’équipe del Mit ha anche messo le cellule in condizione di comunicare l’una con l’altra in risposta agli stimoli ambientali, in modo tale che si innescasse una specie dipassaparola per la produzione di CsgA: “In questo modo”, continua Lu, “vediamo che la quantità di particelle d’oro inglobate dalle cellule è sempre maggiore. Grazie a questo meccanismo è possibile cambiare la composizione del materiale nel tempo”. Sebbene sia ancora presto per pensare alle applicazioni, Lu sostiene che materiali come questi potrebbero essere usati in ambito energetico – per batterie e celle solari, per esempio – ma anche per progettare dispositivi diagnostici di nuova generazione e impalcature per tessuti bioingegnerizzati.

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