Os edifícios não são diferentes de um corpo humano. Eles têm ossos e pele; eles respiram. Eletrificado, eles consomem energia, regular a temperatura e gerar resíduos. Edifícios são organismos - embora inanimados.

Mas e se edifícios - paredes, telhados, pisos, janelas - estavam realmente vivas - cresceram, mantido e curado por materiais vivos? Imagine arquitetos usando ferramentas genéticas que codificam a arquitetura de um edifício diretamente no DNA de organismos, que então desenvolvem edifícios que se auto-reparam, interagir com seus habitantes e se adaptar ao meio ambiente.

A arquitetura viva está saindo do reino da ficção científica para o laboratório, à medida que equipes interdisciplinares de pesquisadores transformam células vivas em fábricas microscópicas. Na University of Colorado Boulder, Eu lidero o Laboratório de Materiais Vivos. Junto com colaboradores em bioquímica, microbiologia, ciência dos materiais e engenharia estrutural, usamos kits de ferramentas de biologia sintética para projetar bactérias para criar minerais e polímeros úteis e transformá-los em blocos de construção vivos que poderiam, um dia, dar vida aos edifícios.

Em um estudo publicado em Relatórios Científicos , meus colegas e eu programamos geneticamente E. coli para criar partículas de calcário com diferentes formas, tamanhos, rigidez e resistência. Em outro estudo, nós mostramos isso E. coli pode ser geneticamente programado para produzir estireno - o produto químico usado para fazer espuma de poliestireno, comumente conhecido como isopor.

Células verdes para construção verde

Em nosso trabalho mais recente, publicado em Matéria , usamos cianobactérias fotossintéticas para nos ajudar a cultivar um material de construção estrutural - e o mantivemos vivo. Semelhante a algas, cianobactérias são microorganismos verdes encontrados em todo o ambiente, mas mais conhecidos por crescerem nas paredes de seu aquário. Em vez de emitir CO ₂ , cianobactérias usam CO ₂ e a luz do sol crescer e, nas condições certas, criar um biocimento, que usamos para nos ajudar a juntar as partículas de areia para fazer um tijolo vivo.

Ao manter as cianobactérias vivas, fomos capazes de fabricar materiais de construção de forma exponencial. Pegamos um tijolo vivo, dividi-lo ao meio e cresceu dois tijolos inteiros das metades. Os dois tijolos inteiros cresceram em quatro, e quatro cresceram para oito. Em vez de criar um tijolo de cada vez, aproveitamos o crescimento exponencial de bactérias para fazer crescer muitos tijolos de uma vez - demonstrando um método totalmente novo de fabricação de materiais.

Os pesquisadores apenas arranharam a superfície do potencial dos materiais vivos projetados. Outros organismos podem conferir outras funções vivas aos blocos de construção materiais. Por exemplo, diferentes bactérias podem produzir materiais que curam a si mesmas, sentir e responder a estímulos externos como pressão e temperatura, ou até mesmo acender. Se a natureza pode fazer isso, materiais vivos podem ser projetados para fazer isso, também.

Também é necessário menos energia para produzir edifícios vivos do que os convencionais. Fazer e transportar os materiais de construção atuais usa muita energia e emite muito CO ₂ . Por exemplo, calcário é queimado para fazer cimento para concreto. Metais e areia são extraídos e fundidos para fazer aço e vidro. A manufatura, transporte e montagem de materiais de construção respondem por 11% do CO global ₂ emissões. A produção de cimento sozinha representa 8%. Em contraste, alguns materiais vivos, como nossos tijolos de cianobactéria, poderia realmente sequestrar CO ₂ .

Um campo em crescimento

Equipes de pesquisadores de todo o mundo estão demonstrando o poder e o potencial dos materiais vivos projetados em muitas escalas, incluindo biofilmes eletricamente condutores, catalisadores vivos de uma única célula para reações de polimerização e energia fotovoltaica viva. Os pesquisadores criaram máscaras vivas que detectam e comunicam a exposição a produtos químicos tóxicos. Os pesquisadores também estão tentando cultivar e montar materiais a granel a partir de uma única célula geneticamente programada.

Embora as células individuais sejam geralmente menores do que um mícron de tamanho - um milésimo de milímetro -, os avanços na biotecnologia e na impressão 3-D permitem a produção comercial de materiais vivos em escala humana. Ecovativo, por exemplo, cresce materiais semelhantes a espuma usando micélio fúngico. A Biomason produz blocos biocimentados e ladrilhos de cerâmica usando microorganismos. Embora esses produtos fiquem sem vida no final do processo de fabricação, pesquisadores da Delft University of Technology desenvolveram uma maneira de encapsular e imprimir 3-D bactérias vivas em estruturas multicamadas que podem emitir luz quando encontram certos produtos químicos.

O campo de materiais vivos projetados está em sua infância, e mais pesquisa e desenvolvimento são necessários para preencher a lacuna entre a pesquisa de laboratório e a disponibilidade comercial. Os desafios incluem custos, testando, certificação e aumento da produção. A aceitação do consumidor é outro problema. Por exemplo, a indústria da construção tem uma percepção negativa dos organismos vivos. Pense em molde, mofo, aranhas, formigas e cupins. Esperamos mudar essa percepção. Os pesquisadores que trabalham com materiais vivos também precisam abordar as preocupações sobre segurança e biocontaminação.

A National Science Foundation recentemente nomeou os materiais vivos projetados como uma das principais prioridades de pesquisa do país. A biologia sintética e os materiais vivos projetados desempenharão um papel crítico no enfrentamento dos desafios que os humanos enfrentarão na década de 2020 e além:mudanças climáticas, resiliência a desastres, infraestrutura envelhecida e sobrecarregada, e exploração espacial.

Se a humanidade tivesse uma paisagem em branco, como as pessoas iriam construir coisas? Sabendo o que os cientistas sabem agora, Tenho certeza de que não queimaríamos calcário para fazer cimento, minerar minério para fazer aço ou areia derreter para fazer vidro. Em vez de, Acredito que recorreríamos à biologia para nos ajudar a construir e confundir as fronteiras entre nosso ambiente construído e a vida, mundo natural.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.