Com apenas uma incubadora e um pouco de caldo, os pesquisadores podem cultivar filtros reutilizáveis feitos de bactérias para limpar a água poluída, detectar produtos químicos no ambiente e proteger superfícies contra ferrugem e mofo.
Eu sou um biólogo sintético que estuda materiais vivos projetados – substâncias feitas de células vivas que têm uma variedade de funções. Em minha pesquisa publicada recentemente, programei bactérias para formar materiais vivos que não só podem ser modificados para diferentes aplicações, mas também são rápidos e fáceis de produzir.
De células vivas a materiais utilizáveis
Como as células humanas, as bactérias contêm DNA que fornece as instruções para construir proteínas. O DNA bacteriano pode ser modificado para instruir a célula a construir novas proteínas, incluindo aquelas que não existem na natureza. Os pesquisadores podem até controlar exatamente onde essas proteínas estarão localizadas dentro da célula.
Como os materiais vivos projetados são feitos de células vivas, eles podem ser geneticamente modificados para executar uma ampla variedade de funções, quase como programar um celular com diferentes aplicativos. Por exemplo, os pesquisadores podem transformar bactérias em sensores para poluentes ambientais, modificando-as para mudar de cor na presença de certas moléculas. Os pesquisadores também usaram bactérias para criar partículas de calcário, o produto químico usado para fazer isopor e energia fotovoltaica viva, entre outros.
Um desafio primário para materiais vivos projetados tem sido descobrir como induzi-los a produzir uma matriz, ou substâncias ao redor da célula, que permita aos pesquisadores controlar as propriedades físicas do material final, como viscosidade, elasticidade e rigidez. Para resolver isso, minha equipe e eu criamos um sistema para codificar essa matriz no DNA da bactéria.
Modificamos o DNA da bactéria Caulobacter crescentus para que as células bacterianas produzissem em suas superfícies uma matriz feita de grandes quantidades de proteínas elásticas. Essas proteínas elásticas têm a capacidade de se ligar umas às outras e formar hidrogéis, um tipo de material que pode reter grandes quantidades de água.
Quando duas células bacterianas geneticamente modificadas se aproximam, essas proteínas se unem e mantêm as células ligadas umas às outras. Ao cercar cada célula com esse material elástico e pegajoso, as células bacterianas se agruparão para formar um lodo vivo.
Além disso, podemos modificar as proteínas elásticas para alterar as propriedades do material final. Por exemplo, poderíamos transformar bactérias em materiais de construção duros que têm a capacidade de auto-reparação em caso de danos. Alternativamente, poderíamos transformar bactérias em materiais macios que poderiam ser usados como enchimentos em produtos.
A vantagem do material vivo
Normalmente, a criação de materiais multifuncionais é extremamente difícil, em parte devido aos custos de processamento muito caros. Como uma árvore que cresce a partir de uma semente, os materiais vivos, por outro lado, crescem a partir de células que têm necessidades mínimas de nutrientes e energia. Sua biodegradabilidade e requisitos mínimos de produção permitem uma produção sustentável e econômica.
A tecnologia para fazer materiais vivos é sem sofisticação e barata. Basta uma incubadora agitada, proteínas e açúcares para desenvolver um material multifuncional e de alto desempenho a partir de bactérias. A incubadora é apenas uma caixa de metal ou plástico que mantém a temperatura em cerca de 37 graus Celsius, muito mais baixa do que um forno doméstico convencional, e agita as células em velocidades mais lentas do que um liquidificador.
Transformar bactérias em materiais vivos também é um processo rápido. Minha equipe e eu conseguimos cultivar nossos materiais vivos bacterianos em cerca de 24 horas. Isso é bastante rápido em comparação com o processo de fabricação de outros materiais, incluindo materiais vivos como madeira, que podem levar anos para serem produzidos.
Além disso, nosso lodo bacteriano vivo é fácil de transportar e armazenar. Ele pode sobreviver em um frasco à temperatura ambiente por até três semanas e colocado de volta em um meio fresco para crescer novamente. Isso poderia reduzir o custo da tecnologia futura baseada nesses materiais.
Por último, materiais vivos projetados são uma tecnologia ecologicamente correta. Por serem feitos de células vivas, são biocompatíveis, ou não tóxicos, e biodegradáveis, ou naturalmente decomponíveis.
Próximos passos
Ainda existem alguns aspectos do nosso material bacteriano vivo que precisam ser esclarecidos. Por exemplo, não sabemos exatamente como as proteínas na superfície da célula bacteriana interagem umas com as outras, ou quão fortemente elas se ligam umas às outras. Também não sabemos exatamente quantas moléculas de proteína são necessárias para manter as células juntas.
Responder a essas perguntas nos permitirá personalizar ainda mais os materiais vivos com as qualidades desejadas para diferentes funções.
Em seguida, estou planejando explorar o cultivo de diferentes tipos de bactérias como materiais vivos para expandir as aplicações para as quais elas podem ser usadas. Alguns tipos de bactérias são melhores que outros para diferentes propósitos. Por exemplo, algumas bactérias sobrevivem melhor em ambientes específicos, como o corpo humano, solo ou água doce. Alguns, por outro lado, podem se adaptar a diferentes condições externas, como variação de temperatura, acidez e salinidade.
Ao ter muitos tipos de bactérias para escolher, os pesquisadores podem personalizar ainda mais os materiais que podem criar.
Fonte: The Conversation / Sara Molinari
Tradução: Redação Ambientebrasil / Maria Beatriz Ayello Leite
Para ler a reportagem original em inglês acesse: https://theconversation.com/genetically-engineered-bacteria-make-living-materials-for-self-repairing-walls-and-cleaning-up-pollution-191411
