É um desafio antigo ser capaz de controlar sistemas biológicos para realizar tarefas específicas. Em um artigo publicado em Física da Natureza , pesquisadores do Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, em colaboração com grupos nos EUA e no Reino Unido, agora relataram fazer exatamente isso. Eles descobriram uma maneira de controlar bactérias para transportar cargas microscópicas. As bactérias formam a maior biomassa do mundo, maior do que todos os animais e plantas combinados, e eles estão em constante movimento, mas seu movimento é caótico. Os pesquisadores perseguiram a ideia de que, se esse movimento pudesse ser controlado, eles podem ser capazes de desenvolvê-lo em uma ferramenta biológica. Eles usaram um cristal líquido para ditar a direção do movimento bacteriano, e adicionou uma carga microscópica para a bactéria transportar, mais de cinco vezes o tamanho da bactéria.

Construção de ferrovia em escala bacteriana

O professor assistente Amin Doostmohammadi do Instituto Niels Bohr explica que, no passado, tem havido tentativas de controlar o comportamento das bactérias. Mas ele e seus colegas adotaram uma abordagem inovadora:"Nós pensamos, que tal criarmos uma pista para as bactérias? A maneira como fazemos isso experimentalmente é colocar a bactéria dentro de um cristal líquido. O truque é que um cristal líquido não é como um cristal, nem é um líquido, está em algum lugar no meio. Cada molécula no cristal tem uma orientação, mas não tem uma ordem posicional. Isso significa que as moléculas podem fluir como um líquido, mas também podem se alinhar como um cristal ao mesmo tempo. Esta é exatamente a física subjacente às telas de cristal líquido (LCDs) para televisores, monitores e telefones celulares Podemos preparar o cristal líquido subjacente de forma que ele tenha um padrão bem definido. E as bactérias se orientarão na mesma direção. Não restringe o movimento bacteriano, apenas os orienta na direção em que os queremos. "

Desenho e construção de modelos

Jatos fortes de bactérias movendo-se em uma direção designada sem flutuações é o grande resultado do experimento, de acordo com Amin Doostmohammadi. O que geralmente acontece se os jatos de bactérias são fortes o suficiente para serem úteis, a concentração de bactérias tem que ser alta, e as instabilidades normalmente começam a aparecer. O jato se torna instável e caótico. Mas no padrão de cristal líquido, as instabilidades podem ser amplamente suprimidas e evitar que os jatos bacterianos se tornem caóticos. O padrão dita a direção. Isso significa que é possível criar jatos de bactérias fortes o suficiente para transportar cordas de carga microscópica, cada peça de carga cinco vezes o tamanho das próprias bactérias.

Um campo científico em expansão

Nos últimos 10 anos, aproximadamente, o campo científico se expandiu. Atualmente, é possível controlar bactérias em uma extensão bastante ampla e a chamada "matéria ativa" - as bactérias, pode ser feito para girar ou formar padrões diferentes. Agora, com esta abordagem, jatos bacterianos podem ser estabilizados no espaço de modo que possam até mesmo transportar cargas microscópicas.

"Ainda estamos em um nível experimental, e ainda não há uma área designada de uso para esta técnica. No momento, a principal motivação são as aplicações médicas. Mas realmente, quando pensamos sobre isso, na verdade, estamos falando sobre um tipo de material completamente novo. Conhecemos o cristal líquido de antes, mas agora estamos lidando com um cristal líquido vivo, "Amin Doostmohammadi diz." Você pode imaginar todos os tipos de oportunidades da ciência material com esta pesquisa. Talvez pudesse se aplicar a outros sistemas, ao comportamento celular ou comportamento do esperma e assim por diante. Como físico teórico, Eu penso sobre as implicações fundamentais em termos de ciência, mas esta capacidade de liberação de drogas por bactérias, isso é algo novo. Uma coisa que vale a pena notar é que quando você administra um medicamento desta forma, você não precisa de nenhuma força externa. As bactérias estão fazendo isso sozinhas. É como um fluido bombeando a si mesmo. É um fluido com autopreenchimento, por assim dizer."

Teoria e experimento estão inextricavelmente ligados

Os resultados foram obtidos em colaboração com outros grupos de pesquisa. Dois colaboradores nos EUA, Oleg Lavrentovich na Kent State University e Igor Aranson na Penn State University - iniciaram este ramo de pesquisa em 2014. Agora se juntou a Amin Doostmohammadi no Niels Bohr Institute e Julia Yeomans na University of Oxford, experimentos e teoria se juntaram para projetar e controlar fortes jatos bacterianos. "Podemos ter uma ideia teórica, mas é o acoplamento de teoria e experimento que realmente leva a esses resultados promissores, "diz Amin Doostmohammadi.