Un hongo blanco ordinario de una tienda de comestibles ha sido convertido en biónico, sobrealimentándolo con grupos de cianobacterias impresas en 3D que generan electricidad.

Los autores de la investigación aseguran haber mostrado por primera vez que un sistema híbrido puede incorporar una colaboración artificial, o simbiosis diseñada, entre dos reinos microbiológicos diferentes.

El trabajo, publicado en la edición del 7 de noviembre de Nano Letters por científicos del Instituto de Tecnología Stevens, es parte de un esfuerzo más amplio para mejorar la comprensión de la maquinaria biológica de las células y cómo utilizar esas intrincadas estructuras, engranajes y palancas moleculares para fabricar nuevas tecnologías y sistemas útiles para la defensa, la asistencia sanitaria y el medio ambiente.

“En este caso, nuestro sistema, este hongo biónico, produce electricidad”, dijo en un comunicado Manu Mannoor, profesor asistente de ingeniería mecánica en Stevens. “Al integrar cianobacterias que pueden producir electricidad, con materiales a nanoescala capaces de recolectar la corriente, pudimos acceder mejor a las propiedades únicas de ambos, aumentarlos y crear un sistema biónico funcional completamente nuevo”.

La capacidad de las cianobacterias para producir electricidad es bien conocida en los círculos de bioingeniería. Sin embargo, los investigadores han estado limitados en el uso de estos microbios en sistemas de bioingeniería porque las cianobacterias no sobreviven mucho tiempo en superficies artificiales biocompatibles.

El champiñón, un ambiente adecuado

Mannoor y Sudeep Joshi, un becario postdoctoral en su laboratorio, se preguntaron si los champiñones blancos, que naturalmente albergan una rica microbiota pero no cianobacterias específicamente, podrían proporcionar el ambiente adecuado: nutrientes, humedad, pH y temperatura para que las cianobacterias produzcan electricidad por un período más largo.

Mannoor y Joshi demostraron que las células cianobacterianas duraron varios días más cuando se colocaron en la tapa de un champiñón blanco frente a una silicona y un hongo muerto como controles adecuados. “Los hongos sirven esencialmente como un sustrato ambiental adecuado con funcionalidad avanzada para nutrir la energía que produce las cianobacterias”, dice Joshi. “Mostramos por primera vez que un sistema híbrido puede incorporar una colaboración artificial, o simbiosis diseñada, entre dos reinos microbiológicos diferentes”.

Mannoor y Joshi utilizaron una impresora 3D robótica basada en el brazo para imprimir primero una “tinta electrónica” que contiene las nanocintas de grafeno. Esta red ramificada impresa sirve como una red de recolección de electricidad sobre la tapa de la seta al actuar como una nano-sonda, para acceder a los bioelectrones generados dentro de las células cianobacterianas.

Luego, imprimieron una “tinta biológica” que contenía cianobacterias en la tapa de la seta en un patrón en espiral que se intersecaba con la tinta electrónica en múltiples puntos de contacto. En estos lugares, los electrones podrían transferirse a través de las membranas externas de las cianobacterias a la red conductora de nanocintas de grafeno. Al iluminar los hongos se activó la fotosíntesis de las cianobacterias, generando una fotocorriente.

Además de las cianobacterias que viven más tiempo en un estado de simbiosis de ingeniería, Mannoor y Joshi demostraron que la cantidad de electricidad que producen estas bacterias puede variar dependiendo de la densidad y la alineación con las que se empaquetan, de manera que son más densamente empaquetadas. Cuanta más electricidad producen. Con la impresión 3D, fue posible ensamblarlos para aumentar su actividad de producción de electricidad ocho veces más que las cianobacterias fundidas con una pipeta de laboratorio.

Recientemente, algunos investigadores tienen células bacterianas impresas en 3D en diferentes patrones geométricos espaciales, pero Mannoor y Joshi, así como el coautor Ellexis Cook, no solo son los primeros en modelarlo para aumentar su comportamiento de generación de electricidad sino que también lo integran en desarrollar una arquitectura biónica funcional.

“Con este trabajo, podemos imaginar enormes oportunidades para aplicaciones bio-híbridas de próxima generación”, dice Mannoor. “Por ejemplo, algunas bacterias pueden brillar, mientras que otras detectan toxinas o producen combustible. Al integrar a la perfección estos microbios con los nanomateriales, podríamos realizar muchos otros asombrosos biohíbridos de diseño para el medio ambiente, la defensa, la atención médica y muchos otros campos”.

Fuente: europapress.es