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Un nuevo motor diseñado por científicos japoneses ofrece lo mejor de ambos mundos: el vivo y el inerte.

Primer motor propulsado por bacterias vivas

Un nuevo motor diseñado por científicos japoneses ofrece lo mejor de ambos mundos: el vivo y el inerte. El grupo construyó una micromáquina híbrida que es propulsada por unas bacterias móviles, que viajan por una pista de silicio inorgánico y empujan un rotor de dióxido de silicio. La combinación saca partido de la precisa ingeniería de los dispositivos sintéticos junto con la eficiente conversión de energía y potencial de auto-reparación de los sistemas biológicos.

Yuichi Hiratsuka y sus colegas usaron una especie de bacteria llamada Mycoplasma mobile para propulsar su motor micromecánico. La M. mobile, con un cuerpo celular de tamaño micrométrico que se desplaza continuamente sobre superficies sólidas, se puede mover a velocidades de hasta 5 micras por segundo. Los científicos no están seguros de qué causa que la bacterias se muevan, solamente que varias proteínas están involucradas, pero el grupo de Hiratsuka aun así sacó partido de esa habilidad móvil, usando células enteras de M. mobile. Se ha observado que estas células trabajan mas “eficiente e inteligentemente” que máquinas motoras más pequeñas de la naturaleza (proteínas y moléculas por ejemplo), informaron los científicos.

“La Mycoplasma es solamente un ejemplo de microorganismo con propiedades interesantes y potencialmente útiles”, contó Hiratsuka a PhysOrg.com. “Por ejemplo, hay una bacteria que se mueve propulsada por energía generada por fotosíntesis. La Chlamyodomonas nada hacia la luz (fototaxis), y la ameba Dictyostelium se arrastra hacia una sustancia química específica (quimiotaxis). Aunque no hay forma de predecir qué fascinantes microdispositivos resultarán de estos organismos, podemos sugerir que la mycoplasma se use como microbomba en un microTAS¹. Esto eliminaría la necesidad de bombas y tubos externos, convirtiéndose en un ‘verdadero’ dispositivo micro-integrado. También podríamos construir sistemas generadores eléctricos, que conviertan abundante energía química, glucosa en el cuerpo, en energía eléctrica. En planes a muy largo plazo, podríamos fabricar micro-robots propulsados por motores biológicos, que podrían desplazarse y hacer trabajos mecánicos en el mundo micrométrico”.

El motor impulsado por mycoplasma consiste en un recipiente central cuadrado donde se depositan las M. mobile. Al desplazarse estas células con forma de pera por el cuadrado, eventualmente alcanzan y se desplazan a lo largo de un lado hasta acercarse a la entrada de una de entre cuatro pistas circulares. La forma de la entrada asegura que la mayor parte de las bacterias giren en la misma dirección en las pistas, cada una de las cuales tiene acoplado un rotor con salientes hacia estas pistas, que permite que las bacterias se enlacen y tiren de estos rotores.

Aunque es un diseño eficientemente simple, el diminuto tamaño del motor (cada rotor tiene 20 micras de diámetro) requirió técnicas especiales de fabricación. Las células de M. mobile requieren proteínas siálicas (en este caso se usó fetuína) para desplazarse por superficies sólidas. Los científicos crearon una capa superior de oro sobre las pistas de silicio y luego depositaron la fetuína, con contenido de ácido siálico, en micropatrones litográficos seleccionados para conseguir los movimientos deseados de las bacterias.

“Originalmente estábamos estudiando la ciencia básica de los motores biológicos, así que observábamos rutinariamente las motilidades de proteínas motores o células bacterianas o eucariotas en el microscopio”, dijo Hiratsuka. “Esas graciosas motilidades impulsadas por motores biológicos eran muy atractivas y empezamos a pensar en crear dispositivos híbridos que integraran materiales inorgánicos y materiales biológicos. Hace unos años, tuvimos éxito desarrollando un sistema en el que microtúbulos impulsados por el motor molecular kinesina, se movían en una dirección en micropistas circulares. Como continuación natural de este trabajo, intentamos hacer un micromotor rotatorio impulsado por el sistema kinesina-microtúbulo. Pero esto resultó ser bastante difícil debido a problemas técnicos. Mientras tanto, vimos una presentación del profesor (Makoto) Miyata de la Universidad de Osaka, que es ahora un estrecho colaborador, mostrando una filmación en la que células de Mycoplasma se movían unidireccionalmente sobre una superficie de cristal. Inmediatamente se nos ocurrió que podríamos hacer micromotores rotatorios si usábamos estas células bacterianas en vez del sistema kinesina-microtúbulo”.

Aunque el grupo de Hiratsuka utilizó en este estudio una cepa mutante de la M. mobile, de movimientos más lentos, por propósitos de mejor enlace, observaron importantes resultados en la primera prueba. Una vez que las bacterias alcanzaron las pistas circulares, los rotores empezaron a moverse en unos minutos a velocidades de hasta 2’6 r.p.m.. Aunque en esta configuración no pudieron observar el número de bacterias que empujaban los rotores, los científicos estimaron que sólo se necesitan unas pocas células para generar el movimiento. Más aún, el equipo predice que mejorar la uniformidad direccional de las bacterias, así como incrementar el contenido de ácido siálico de las pistas, son metas alcanzables que permitirán que más células muevan más rotores a más revoluciones.

Hiratsuka y colaboradores, también propusieron en su estudio aplicar ingeniería genética a las M. mobile para conseguir enlaces más fuertes a las pistas y rotores, así como añadir sustancias químicas a las bacterias, que fuercen a las células a moverse en una dirección uniforme siguiendo senderos químicos. Para evitar potenciales amenazas biológicas, sin embargo, los científicos también consideraron una interesante rama alternativa del trabajo de los científicos Uenoyama y Miyata: “fantasmas” M. mobile, los cuales no están vivos, por tener parcialmente disuelta su membrana, pero aun demuestran movimiento.

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¹ microTAS es abreviatura de micro total analysis system (microsistema de análisis total). Son sistemas en los que todos los pasos necesarios en un análisis (preparación de muestras, reacción, separación y detección), se realizan en escalas de tiempo y espacio tan pequeñas como sea posible. También se les llama “Lab-on-a-chip” (laboratorio en un chip). Algunos microTAS se usan, por ejemplo, en el análisis de ADN.

Fuente noticia: Physorg

Traducido por Pepe Vázquez Jareño para