¿Cyborgs? Los circuitos genéticos son ahora posibles

Por Ana Díaz VN | Bacterias pueden ser modificadas para que se comporten como circuitos |

(Última Actualización: marzo 17, 2018)

Publicado a las 07:48 PM CST en Oct 13,2017 | Actualizado a las 07:48 PM CST en Oct 13,2017


Para aquellos que temen las implicaciones de la ingeniería genética y los otros campos relacionados, ya es hora de empezar a empacar. Esto se debe a que los investigadores de la Universidad de Duke han comprobado que son capaces de modificar genéticamente las bacterias para obligarlas a producir dispositivos electrónicos, lo que potencialmente conduce a una nueva y sorprendente manera de interactuar con nuestros cuerpos. El primer dispositivo de los investigadores es un sensor de presión bacteriano que, cuando se aprieta, genera suficiente corriente para una detección fácil.

El resultado es un dispositivo que puede ser utilizado como sensor de presión, demostrando que el proceso puede crear dispositivos electronicos.

Mientras que otros experimentos han cultivado exitosamente materiales usando procesos bacterianos, ellos han confiado enteramente en el control externo donde las bacterias crecen y han sido limitadas a dos dimensiones. En el nuevo estudio, los investigadores de Duke demuestran la producción de una estructura compuesta programando las propias células y controlando su acceso a los nutrientes, pero aún así dejando las bacterias libres para que crezcan en tres dimensiones.

En el nuevo estudio, los investigadores demostraron la producción de una estructura compuesta programando las propias células y controlando su acceso a los nutrientes, pero aún así dejando las bacterias libres para crecer en tres dimensiones.*

 

Anteriormente, investigaciones similares se basaban en que los científicos guiaran el crecimiento de una bacteria utilizando recipientes de diferentes formas o mediante estímulos externos como la electricidad. El nuevo desarrollo implica programar el crecimiento de la colonia bacteriana directamente en el ADN de la bacteria, lo que se conoce como un «circuito genético sintético», y manipular los nutrientes suministrados para producir el tamaño y la forma deseada del objeto final.

Para que el resultado final se convierta en un dispositivo electrónico, las bacterias son alimentadas con una dieta rica en nanopartículas de oro. Estas nanopartículas se distribuyen por toda la colonia a medida que crece, y proporcionan la conductividad eléctrica necesaria para hacer que la electrónica sea funcional, osea que funcione como un circuito eléctrico.

Los sistemas biológicos pueden generar materiales microestructurados que combinan componentes orgánicos e inorgánicos y poseen diversas propiedades físicas y químicas. Sin embargo, estos procesos naturales en la fabricación de materiales no son fácilmente programables. En este caso, utilizamos un enfoque de biología sintética para ensamblar materiales con patrones.

Demostramos la fabricación programable de materiales tridimensionales (3D) mediante la impresión de bacterias autodiseñadas sobre membranas permeables que sirven como andamio estructural. La aplicación de nanopartículas de oro a las colonias crea estructuras híbridas orgánico-inorgánicas de cúpula.

La dinámica de la respuesta de las estructuras cúpula a la presión está determinada por su geometría (tamaño de la colonia, altura de la cúpula y patrón), que se puede modificar fácilmente variando las propiedades de la membrana (por ejemplo, tamaño de los poros e hidrofobicidad). Generamos sensores de presión reiniciables que procesan señales en respuesta a diferentes intensidades de presión y duración.

Algunos detalles según la Universidad de Duke:

El circuito genético es como un paquete biológico de instrucciones que los investigadores incrustan en el ADN de una bacteria. Las instrucciones primero le dicen a la bacteria que produzca una proteína llamada T7 RNA polimerasa de ARN (T7RNAP), la cual activa su propia expresión en un circuito de retroalimentación positiva. También produce una pequeña molécula llamada AHL que puede difundirse en el medio ambiente como si fuera un mensajero.

Las bacterias crean un dispositivo sensor de presión 3D que funciona. Un circuito genético (izquierda) desencadena la producción de una proteína diseñada con ingeniería, que permite a las bacterias formadoras de patrones en las membranas de crecimiento (centro) ensamblar nanopartículas de oro en una estructura híbrida de cúpula orgánico-inorgánica cuyo tamaño y forma se pueden controlar alterando el ambiente de crecimiento. En esta demostración de prueba de concepto, la estructura dorada sirve como un interruptor de presión funcional (derecha) que responde al tacto. (crédito: Yangxiaolu Cao et al. /Nature Biotechnology)

A medida que las células se multiplican y crecen hacia el exterior, la concentración de la pequeña molécula mensajera alcanza un umbral de concentración crítico, desencadenando la producción de otras dos proteínas llamadas lisozima T7 y curli. El primero inhibe la producción de T7RNAP, mientras que el segundo actúa como una especie de velcro biológico que puede adherirse a los compuestos inorgánicos.

Para crear el sensor de presión, se crearon dos matrices idénticas de cúpulas en una membrana (izquierda) sobre dos superficies de sustrato. Los dos substratos se unieron (centro) para que cada cúpula se colocara directamente encima de su contraparte en el otro substrato. Una batería se conectó a las cúpulas mediante cableado de cobre. Cuando se aplicó presión (derecha) al sándwich, las cúpulas se presionaron unas a otras, causando una deformación, resultando en un aumento en la conductividad, con el consiguiente incremento de corriente (como se muestra la flecha en el amperímetro). (crédito: Yangxiaolu Cao et al. /Nature Biotechnology)


Referencias & Fuentes

medgadget.comGenetically Programmed Bacteria Grow Into Electronic Devices

kurzweilai.netControlled by a synthetic gene circuit, self-assembling bacteria build working electronic sensors

nature.comProgrammable assembly of pressure sensors using pattern-forming bacteria

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