Bacterias para crear materiales vivos que se regeneran a sí mismos.

El tremendo potencial de la celulosa bacteriana

Un material capaz de detectar posibles daños y autorregenerarse sin necesidad de intervención externa. ¿Imposible? Sin mencionar las asombrosas habilidades de las bacterias. Un equipo de investigadores del Imperial College London¹ enfocada a la fabricación de materiales vivos a base de celulosa bacteriana.

Estos biomateriales, de producción económica, tienen la particularidad de poder ser programados con determinadas funcionalidades codificadas genéticamente. A partir de ahí, todo (o casi) parece posible, como la codificación de información o la autorregeneración en caso de daño.

La celulosa bacteriana es un componente orgánico (polímero de carbohidratos) producido por ciertos tipos de bacterias. Porque la celulosa, que es el material estructural básico de la mayoría de las plantas, también es producida por bacterias. La celulosa bacteriana, sin embargo, tiene propiedades diferentes a las de las plantas. Se caracteriza por su extrema pureza, su alta resistencia y su fuerte capacidad de retención de agua. Estas interesantes propiedades hacen que este biomaterial ya sea utilizado en diversos campos, como el textil, la cosmética, la arquitectura, el audiovisual o incluso en el ámbito médico. Especies bacterianas Acetobacteriacea (bacteria acética) permite, en particular, obtener de forma rápida y económica películas gruesas de celulosa bacteriana. Los estudios ya han demostrado el interés de este biomaterial, especialmente en el campo médico. Se ha demostrado que los apósitos hechos de celulosa bacteriana, a los que se han incorporado bacterias específicas, son eficaces para prevenir infecciones de heridas.

© Lightenoughtotravel, dominio público, a través de Wikimedia Commons

película de celulosa bacteriana

La celulosa bacteriana generalmente crece como una película flotante en la interfaz aire-líquido de un medio rico en glucosa. Investigadores del Imperial College de Londres demostraron que, al agitar la preparación, es posible producir partículas esféricas (esferoides) de celulosa bacteriana en una escala milimétrica. Estos esferoides se usaron luego como bloques de construcción para construir materiales 3D vivos de varias maneras.

© Caro-Astorga y col. 2021, CC BY 4.0

Usando esferoides de celulosa bacteriana, los investigadores pudieron obtener diferentes formas 3D de material vivo después de cuatro días de incubación.

A continuación, se incorporaron bacterias reprogramadas genéticamente a los esferoides. El interés de esta manipulación es hacer que estas bacterias sean capaces de recibir y responder a ciertas señales. Esta técnica puede permitir así la creación de materiales que analicen su entorno y formulen una respuesta química que revele, por ejemplo, información como códigos de barras, códigos QR o símbolos. Por otro lado, también puede permitir mantener oculta la información, de modo que el operador solo pueda acceder a ella con un receptor adecuado.

© Caro-Astorga y col. 2021, CC BY 4.0

Ejemplo de uso de esferoides de celulosa bacteriana. Se generó y recreó un código de barras mediante una serie de esferoides obtenidos de dos tipos de bacterias, una capaz de recibir y emitir una señal química (fluorescencia roja). El código de barras solo es visible cuando se escanea la película de celulosa bacteriana para ese color fluorescente y permanece invisible a simple vista.

Materiales capaces de autorregenerarse

Como es de origen biológico, la celulosa bacteriana tiene la capacidad de crecer rápidamente y rellenar huecos en otros materiales. Luego se probó esta capacidad de crecimiento y regeneración bacteriana. Se han utilizado esferoides de celulosa bacteriana reprogramados genéticamente para rellenar huecos en películas de celulosa bacteriana o para ensamblar piezas independientes de diversos materiales: películas de celulosa bacteriana, por supuesto, pero también piezas de esponja sintética o natural, madera o algodón. Al colocar los ladrillos básicos en el área dañada de una película de celulosa bacteriana e incubarla durante varios días, los investigadores notaron que los esferoides podían detectar el daño y volver a crecer rápidamente para reparar el material. Después de la restauración, se probó la resistencia del material. Los investigadores del Imperial College notaron que se mantuvo una buena estabilidad estructural, y que la regeneración también restauró la consistencia y apariencia originales de la muestra.

© Caro-Astorga y col. 2021, CC BY 4.0

Imágenes que muestran piezas de diferentes materiales soldadas con esferoides de celulosa bacteriana: esponja sintética, madera, esponja natural y algodón.

El interés de estos resultados es que parece posible integrar materiales vivos a base de celulosa bacteriana dentro de otros materiales porosos, ya sean naturales o sintéticos, aumentando así las posibilidades de combinar y mezclar las propiedades de diferentes materiales con la ingeniería genética.

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Los campos de aplicación de esta tecnología son extremadamente diversos. En particular, parece posible integrar otros organismos vivos en los esferoides. Por ejemplo, a partir de células de levadura que secretan ciertas proteínas de interés médico, parece posible crear apósitos curativos donde se producen hormonas y enzimas para aumentar la reparación de la piel.

Este trabajo podría conducir en el futuro al desarrollo de nuevos materiales capaces de detectar daños y autorregenerarse, por ejemplo en el caso de un impacto en un parabrisas, una rotura en el fuselaje de un avión u otro agujero en la carretera, ¿quién sabe? Esta tecnología, por tanto, reduciría significativamente el mantenimiento de determinados equipos y alargaría la vida útil de los materiales.