Engenheiros do MIT e do Imperial College London desenvolveram uma nova maneira de gerar resistência, materiais funcionais usando uma mistura de bactérias e fermento semelhante à "mãe kombuchá" usada para fermentar o chá.

Usando esta mistura, também chamado de SCOBY (cultura simbiótica de bactérias e leveduras), os pesquisadores foram capazes de produzir celulose incorporada com enzimas que podem desempenhar uma variedade de funções, como a detecção de poluentes ambientais. Eles também mostraram que podiam incorporar levedura diretamente no material, criando "materiais vivos" que poderiam ser usados ​​para purificar a água ou para fazer embalagens "inteligentes" que podem detectar danos.

"Prevemos um futuro em que diversos materiais possam ser cultivados em casa ou em instalações de produção locais, usando biologia em vez de manufatura centralizada com uso intensivo de recursos, "diz Timothy Lu, professor associado do MIT de engenharia elétrica e ciência da computação e de engenharia biológica.

Lu e Tom Ellis, professor de bioengenharia do Imperial College London, são os autores seniores do artigo, que aparece hoje em Materiais da Natureza . Os autores principais do artigo são o estudante de graduação do MIT, Tzu-Chieh Tang, e o pós-doutorando da Universidade de Cambridge, Charlie Gilbert.

Divisão de trabalho

Vários anos atrás, O laboratório de Lu desenvolveu uma maneira de usar E. coli para gerar biofilmes incorporados com materiais como nanofios de ouro. Contudo, esses filmes são muito pequenos e finos, tornando-os difíceis de usar na maioria dos aplicativos de grande escala. No novo estudo, os pesquisadores decidiram encontrar uma maneira de usar micróbios para gerar grandes quantidades de materiais mais substanciais.

Eles pensaram em criar uma população de micróbios semelhante a uma mãe kombuchá, que é uma mistura de certos tipos de bactérias e leveduras. Essas fábricas de fermentação, que geralmente contém uma espécie de bactéria e uma ou mais espécies de levedura, produzir etanol, celulose, e ácido acético, que confere ao chá de kombuchá seu sabor característico.

A maioria das cepas de leveduras selvagens usadas para fermentação são difíceis de modificar geneticamente, então os pesquisadores os substituíram por uma cepa de levedura de laboratório chamada Saccharomyces cerevisiae. Eles combinaram a levedura com um tipo de bactéria chamada Komagataeibacter rhaeticus, que seus colaboradores no Imperial College London haviam isolado anteriormente de uma mãe kombuchá. Essa espécie pode produzir grandes quantidades de celulose.

Como os pesquisadores usaram uma cepa de levedura de laboratório, eles poderiam projetar as células para fazer qualquer uma das coisas que a levedura de laboratório pode fazer, por exemplo, produzindo enzimas que brilham no escuro, ou detecção de poluentes no meio ambiente. A levedura também pode ser programada para decompor os poluentes depois de detectá-los.

Enquanto isso, as bactérias da cultura produzem grandes quantidades de celulose resistente para servir de suporte. Os pesquisadores projetaram seu sistema para que possam controlar se a própria levedura, ou apenas as enzimas que eles produzem, são incorporados na estrutura da celulose. Leva apenas alguns dias para crescer o material, e se deixado por tempo suficiente, pode engrossar para ocupar um espaço tão grande quanto uma banheira.

"Achamos que é um bom sistema, muito barato e muito fácil de fazer em grandes quantidades, "Tang diz." É pelo menos mil vezes mais material do que o sistema E.coli. "

Basta adicionar chá

Para demonstrar o potencial de sua cultura de micróbios, que eles chamam de "Syn-SCOBY, "os pesquisadores criaram um material incorporando levedura que detecta o estradiol, que às vezes é encontrado como um poluente ambiental. Em outra versão, eles usaram uma cepa de levedura que produz uma proteína brilhante chamada luciferase quando exposta à luz azul. Essas leveduras podem ser trocadas por outras cepas que detectam outros poluentes, metais, ou patógenos.

A cultura pode ser cultivada em meio de cultura de levedura normal, que os pesquisadores usaram para a maioria de seus estudos, mas também mostraram que pode crescer em chá com açúcar. Os pesquisadores imaginam que as culturas podem ser personalizadas para as pessoas usarem em casa para o cultivo de filtros de água ou outros materiais úteis.

"Quase todo mundo pode fazer isso na cozinha ou em casa, "Tang diz." Você não precisa ser um especialista. Você só precisa de açúcar, você precisa de chá para fornecer os nutrientes, e você precisa de um pedaço da mãe Syn-SCOBY. "