Image: Chenfu Hsing

Los ingenieros del MIT y del Imperial College de Londres han desarrollado una nueva forma de generar materiales resistentes y funcionales utilizando una mezcla de bacterias y levadura similar a la “madre kombucha” que se usa para fermentar el té.

Usando esta mezcla, también llamada SCOBY (cultivo simbiótico de bacterias y levaduras), los investigadores pudieron producir celulosa incrustada con enzimas que pueden realizar una variedad de funciones, como detectar contaminantes ambientales. También demostraron que podían incorporar levadura directamente en el material, creando “materiales vivos” que podrían usarse para purificar el agua o para hacer materiales de empaque “inteligentes” que puedan detectar daños.

“Prevemos un futuro en el que se puedan cultivar diversos materiales en casa o en instalaciones de producción locales, utilizando biología en lugar de fabricación centralizada intensiva en recursos”, dice Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica.

Lu y Tom Ellis, profesor de bioingeniería en el Imperial College de Londres, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Nature Materials. Los autores principales del artículo son el estudiante graduado del MIT Tzu-Chieh Tang y el postdoctorado de la Universidad de Cambridge Charlie Gilbert.

División del trabajo

Hace varios años, el laboratorio de Lu desarrolló una forma de utilizar E. coli para generar biopelículas incrustadas con materiales como nanocables de oro. Sin embargo, esas películas son muy pequeñas y delgadas, lo que dificulta su uso en la mayoría de las aplicaciones a gran escala. En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar una forma de utilizar microbios para generar mayores cantidades de materiales más sustanciales.

Pensaron en crear una población de microbios similar a una madre kombucha, que es una mezcla de ciertos tipos de bacterias y levaduras. Estas fábricas de fermentación, que generalmente contienen una especie de bacteria y una o más especies de levadura, producen etanol, celulosa y ácido acético, lo que le da al té de kombucha su sabor distintivo.

Usando bacterias y levaduras similares a las que se encuentran en la kombucha, los ingenieros del MIT pueden crear "materiales vivos". Crédito: Tzu-Chieh (Zijay) Tang

La mayoría de las cepas de levadura silvestre utilizadas para la fermentación son difíciles de modificar genéticamente, por lo que los investigadores las reemplazaron con una cepa de levadura de laboratorio llamada Saccharomyces cerevisiae. Combinaron la levadura con un tipo de bacteria llamada Komagataeibacter rhaeticus, que sus colaboradores del Imperial College de Londres habían aislado previamente de una madre kombucha. Esta especie puede producir grandes cantidades de celulosa.

Debido a que los investigadores utilizaron una cepa de levadura de laboratorio, pudieron diseñar las células para hacer cualquiera de las cosas que la levadura de laboratorio puede hacer, por ejemplo, producir enzimas que brillan en la oscuridad o detectar contaminantes en el medio ambiente. La levadura también se puede programar para que pueda descomponer los contaminantes después de detectarlos.

Los investigadores levantan una hoja de su material, una celulosa resistente que se puede incrustar con enzimas o células vivas. Crédito: Tzu-Chieh (Zijay) Tang

Mientras tanto, las bacterias del cultivo producen cantidades a gran escala de celulosa resistente para que sirva de andamio. Los investigadores diseñaron su sistema para poder controlar si la propia levadura, o solo las enzimas que producen, se incorporan a la estructura de la celulosa. Solo se necesitan unos pocos días para hacer crecer el material y, si se deja el tiempo suficiente, puede espesarse para ocupar un espacio tan grande como una bañera.

"Creemos que este es un buen sistema que es muy barato y muy fácil de hacer en cantidades muy grandes", dice Tang. "Es al menos mil veces más material que el sistema de E. coli".

Solo agrega té

Para demostrar el potencial de su cultivo de microbios, al que llaman "Syn-SCOBY", los investigadores crearon un material que incorpora levadura que detecta el estradiol, que a veces se encuentra como contaminante ambiental. En otra versión, usaron una cepa de levadura que produce una proteína brillante llamada luciferasa cuando se exponen a la luz azul. Estas levaduras se pueden cambiar por otras cepas que detectan otros contaminantes, metales o patógenos.

El cultivo se puede cultivar en un medio de cultivo de levadura normal, que los investigadores utilizaron para la mayoría de sus estudios, pero también han demostrado que puede crecer en té con azúcar. Los investigadores prevén que las culturas podrían personalizarse para que las personas las usen en casa para cultivar filtros de agua u otros materiales útiles.

"Casi todo el mundo puede hacer esto en su cocina o en casa", dice Tang. “No tienes que ser un experto. Solo necesitas azúcar, necesitas té para proporcionar los nutrientes y necesitas un pedazo de Syn-SCOBY mother ".

La investigación fue financiada, en parte, por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., El Instituto MIT de Nanotecnologías para Soldados y el Fondo Semilla MIT-MISTI MIT-Imperial College London. Tang recibió el apoyo de la beca MIT J-WAFS.

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