p Para a maioria das pessoas, os biofilmes evocam imagens de pedras escorregadias em um leito de riacho e ralos sujos. Embora existam muitos biofilmes "ruins" por aí - eles até causam placa dentária incômoda e uma série de outros problemas médicos mais sérios - uma equipe do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia da Universidade de Harvard vê os biofilmes como uma nova plataforma robusta para nanomateriais de design que poderia limpar rios poluídos, fabricar produtos farmacêuticos, fabricar novos tecidos, e mais. p Resumidamente, eles querem dar um facelift nos biofilmes, e desenvolveram um novo sistema de engenharia de proteínas chamado BIND para fazer isso. Usando BIND, que significa Biofilm-Integrated Nanofiber Display, a equipe disse que os biofilmes podem ser as fundições vivas do amanhã para a produção em larga escala de biomateriais que podem ser programados para fornecer funções impossíveis com os materiais existentes. Eles relataram a prova de conceito em Nature Communications .

p "A maioria das pesquisas relacionadas ao biofilme hoje se concentra em como se livrar dos biofilmes, mas demonstramos aqui que podemos projetar esses materiais naturais super-resistentes para executar funções específicas - então, podemos querer que eles existam em quantidades específicas e para aplicações específicas, "disse Neel Joshi, membro do corpo docente do Wyss Institute, Ph.D., o autor sênior do estudo. Joshi também é Professor Associado de Engenharia Química e Biológica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS).

p Os biofilmes também se auto-montam e autocuram. "Se eles forem danificados, eles crescem de volta porque são tecidos vivos, "disse o autor principal Peter Nguyen, Ph.D., um pós-doutorado no Wyss Institute e Harvard SEAS.

p Biofilmes são comunidades de bactérias instaladas em um ambiente viscoso, mas extremamente difícil, matriz de material extracelular composta de açúcares, proteínas, material genético e muito mais. Durante a formação do biofilme, bactérias individuais bombeiam proteínas que se auto-montam fora da célula - criando redes emaranhadas de fibras que essencialmente unem as células em comunidades que mantêm as bactérias mais seguras do que estariam sozinhas.

p O interesse em engenharia de biofilme está disparando, e enquanto várias outras equipes desenvolveram recentemente ferramentas genéticas para controlar a formação de biofilme, A equipe de Joshi alterou a composição do próprio material extracelular - essencialmente transformando-o em uma plataforma de produção que se auto-reproduz para produzir qualquer material que desejem produzir.

p “Até recentemente, não havia cooperação suficiente entre biólogos sintéticos e pesquisadores de biomateriais para explorar o potencial sintético dos biofilmes dessa forma. Estamos tentando preencher essa lacuna, "Disse Joshi.

p A equipe fundiu geneticamente uma proteína com uma função desejada específica - por exemplo, um conhecido por aderir ao aço - em uma pequena proteína chamada CsgA que já é produzida por E. coli bactérias. O domínio anexado então seguiu em frente no processo natural pelo qual CsgA é secretado fora da célula, onde ele se auto-montou em proteínas super-resistentes chamadas nanofibras amilóides. Essas proteínas amilóides retiveram a funcionalidade da proteína adicionada - garantindo, neste caso, que o biofilme aderisse ao aço.

p As proteínas amiloides tradicionalmente têm uma má reputação por seu papel em causar enormes desafios à saúde, como a doença de Alzheimer, mas, neste caso, seu papel é fundamental para tornar o BIND tão robusto. Essas amilóides podem se aglutinar espontaneamente em fibras que, por peso, são mais fortes do que o aço e mais rígidos do que a seda.

p "Estamos entusiasmados com a versatilidade do método, também, "Disse Joshi. A equipe demonstrou a capacidade de fundir 12 proteínas diferentes com a proteína CsgA, com sequências e comprimentos amplamente variáveis. Isso significa, em princípio, que eles podem usar essa tecnologia para exibir virtualmente qualquer sequência de proteínas - uma característica significativa porque as proteínas desempenham uma série de funções impressionantes, desde a ligação a partículas estranhas até a realização de reações químicas, transmitindo sinais, fornecendo suporte estrutural, e transportar ou armazenar certas moléculas.

p Não apenas essas funções podem ser programadas no biofilme uma de cada vez, mas também podem ser combinados para criar biofilmes multifuncionais.

p O conceito de fábrica microbiana não é novo, mas pela primeira vez está sendo aplicado a materiais, em oposição a moléculas solúveis como drogas ou combustíveis. "Estamos essencialmente programando as células para serem plantas de fabricação, "Disse Joshi." Eles não apenas produzem uma matéria-prima como um bloco de construção, eles orquestram a montagem desses blocos em estruturas de ordem superior e mantêm essa estrutura ao longo do tempo. "

p "O trabalho básico que Neel e sua equipe estão fazendo com biofilmes oferece um vislumbre de um futuro muito mais ambientalmente sustentável, onde fábricas gigantescas são reduzidas ao tamanho de uma célula que podemos programar para fabricar novos materiais que atendam às nossas necessidades diárias - de têxteis a energia e limpeza ambiental, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Don Ingber, M.D., Ph.D.

p Por enquanto, a equipe demonstrou capacidade de programar E. coli biofilmes que aderem a certos substratos, como aço, outros que podem imobilizar uma série de proteínas ou promover a modelagem de prata para a construção de nanofios.