Investigadores del Technion desarrollan “bacterias biónicas” con muchas aplicaciones potenciales

Enlace Judío.- Las bacterias se pueden encontrar en todas partes, y algunas son malas y causan enfermedades, pero algunas hacen más bien que mal, publicó The Jerusalem Post

Hay miles de tipos de bacterias: organismos microscópicos unicelulares que se encuentran entre las primeras formas de vida conocidas en la tierra y viven en todos los entornos posibles en todo el mundo. Pueden estar en el aire o encontrarse en el agua, las plantas, el suelo, los animales e incluso en los humanos, donde algunas causan enfermedades peligrosas como la salmonella, la neumonía, la meningitis, la tuberculosis, el ántrax, el tétanos y el botulismo.

Sin embargo, muchas bacterias, incluidas las que componen el microbioma intestinal humano, hacen bien en lugar de hacer daño. Las bacterias pueden incluso convertirse en pequeñas fábricas que fabrican los productos necesarios.

Ahora, investigadores de la Facultad de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos del Technion-Israel Institute of Technology en Haifa han desarrollado “bacterias biónicas” que tienen muchas aplicaciones potenciales en la industria.

Entre esas aplicaciones se encuentran la liberación dirigida de medicamentos biológicos en el cuerpo utilizando luz externa y otros usos médicos precisos, la detección de sustancias peligrosas en el medio ambiente y la producción de mejores combustibles y otros compuestos.

El estudio estuvo dirigido por el profesor asistente Omer Yehezkeli y el estudiante de doctorado Oren Bachar, y coescrito por el estudiante de doctorado Matan Meirovich y el estudiante de maestría Yara Zeibaq. Su trabajo acaba de aparecer en la edición internacional de Angewandte Chemie bajo el título “Biosíntesis mediada por proteínas de nanocristales semiconductores para la regeneración fotocatalítica de NADPH y la producción de aminas quirales”. La revista, publicada por la Sociedad Química Alemana, lo describió oficialmente como un “artículo candente”.

“Mi grupo de investigación se ocupa de la interfaz entre la ingeniería y la biotecnología a nivel de nanoescala”, dijo Yehezkeli. “Nuestro objetivo es desdibujar los límites actuales entre las diferentes disciplinas y, sobre todo, entre los materiales nanométricos y los sistemas biológicos como las bacterias. En nuestra investigación, utilizamos las propiedades únicas de las partículas a nanoescala, por un lado, y la tremenda selectividad de los sistemas biológicos, por el otro, para crear sistemas biónicos que funcionan sinérgicamente”.

Las partículas semiconductoras a nanoescala generalmente se producen en procesos químicos que exigen altas temperaturas y solventes orgánicos. En el nuevo estudio del Technion, los investigadores pudieron crear, utilizando proteínas diseñadas, un entorno que hace posible el crecimiento de partículas nanométricas en condiciones biológicas y a temperatura ambiente. A su vez, las nanopartículas cultivadas pueden dar lugar a procesos de componentes biológicos inducidos por la luz.

“El uso de proteínas diseñadas para el autocrecimiento de nanomateriales es una estrategia prometedora que abre nuevos horizontes científicos para combinar materia viva e inanimada”, agregó Yehezkeli. En el estudio actual, los investigadores demostraron el uso de proteínas diseñadas para cultivar nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) que son capaces de reciclar fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADPH) con radiación de luz.

“Este es un donante de electrones esencial en todos los organismos que proporciona el poder reductor para impulsar numerosas reacciones, incluidas las responsables de la biosíntesis de todos los componentes celulares principales y muchos productos en biotecnología con radiación de luz. NADPH es crucial en muchos procesos enzimáticos y, por lo tanto, se desea su generación”, explicó Yehezkeli.

Las nanopartículas de CdS tienen aplicaciones como un excelente revelador fotográfico para la detección de cánceres y otras enfermedades, y en el tratamiento de células cancerosas. La actividad biológica antibacteriana y antifúngica en varias bacterias y hongos transmitidos por los alimentos también se puede estudiar con el uso de nanopartículas de CdS.

Las enzimas son un componente biológico común involucrado en todas las funciones de las células vivas. Miles de millones de años de evolución han llevado al desarrollo de un amplio espectro de enzimas responsables de las muchas y variadas funciones de la célula, dijo Yehezkeli.

En su estudio, los investigadores demostraron que se podía producir (reciclar) NADPH utilizando la proteína modificada genéticamente compuesta por 12 subunidades repetitivas que forman una estructura similar a una rosquilla con un “agujero” de tres nanómetros (tres milmillonésimas de un metro de diámetro).

“Esta es una demostración preliminar de la conexión directa de la materia inanimada [abiótica] con la materia viva [biótica] y una plataforma para su funcionamiento de una manera que no existe en la naturaleza”, concluyó Yehezkeli.

“La tecnología que hemos desarrollado permite la creación de componentes híbridos que conectan estos dos tipos de materiales en una sola unidad, y ya estamos trabajando en células vivas totalmente integradas con resultados iniciales prometedores.

Creemos que más allá del éxito tecnológico específico en la producción de NADPH y [varios otros] materiales, existe evidencia de la viabilidad de un nuevo paradigma que puede contribuir en gran medida a mejorar el rendimiento en muchas áreas, incluidas la energía, la medicina y el medio ambiente”.

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