Tecnologia Científica

Inspirados pelo chá de kombuchá, os engenheiros criam 'materiais vivos'
Usando essa mistura, também chamada de SCOBY (cultura simbiótica de bactérias e leveduras), os pesquisadores foram capazes de produzir celulose incorporada com enzimas que podem desempenhar uma variedade de funções, como detecção de poluentes
Por Sarah McDonnell - 11/01/2021


Domínio público

Engenheiros do MIT e do Imperial College London desenvolveram uma nova maneira de gerar materiais resistentes e funcionais, usando uma mistura de bactérias e fermento semelhante à "mãe kombuchá" usada para fermentar o chá.

Usando essa mistura, também chamada de SCOBY (cultura simbiótica de bactérias e leveduras), os pesquisadores foram capazes de produzir celulose incorporada com enzimas que podem desempenhar uma variedade de funções, como detecção de poluentes ambientais. Eles também mostraram que podiam incorporar fermento diretamente no material, criando "materiais vivos" que poderiam ser usados ​​para purificar a água ou para fazer embalagens "inteligentes" que podem detectar danos.

"Prevemos um futuro em que diversos materiais possam ser cultivados em casa ou em instalações de produção locais, usando biologia em vez de manufatura centralizada com uso intensivo de recursos", disse Timothy Lu, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação e de engenharia biológica do MIT .

Lu e Tom Ellis, um professor de bioengenharia do Imperial College London, são os autores seniores do artigo, que aparece hoje na Nature Materials. . Os autores principais do artigo são o estudante de graduação do MIT Tzu-Chieh Tang e o pós-doutorando da Universidade de Cambridge Charlie Gilbert.

Divisão de trabalho

Vários anos atrás, o laboratório de Lu desenvolveu uma maneira de usar E. coli para gerar biofilmes incorporados com materiais como nanofios de ouro. No entanto, esses filmes são muito pequenos e finos, tornando-os difíceis de usar na maioria das aplicações em grande escala. No novo estudo, os pesquisadores decidiram encontrar uma maneira de usar micróbios para gerar grandes quantidades de materiais mais substanciais.

Eles pensaram em criar uma população de micróbios semelhante a uma mãe kombuchá, que é uma mistura de certos tipos de bactérias e leveduras. Essas fábricas de fermentação, que geralmente contêm uma espécie de bactéria e uma ou mais espécies de levedura, produzem etanol, celulose e ácido acético, que conferem ao chá de kombuchá seu sabor característico.

A maioria das cepas de leveduras selvagens usadas para fermentação são difíceis de modificar geneticamente, então os pesquisadores as substituíram por uma cepa de leveduras de laboratório chamada Saccharomyces cerevisiae. Eles combinaram a levedura com um tipo de bactéria chamada Komagataeibacter rhaeticus, que seus colaboradores no Imperial College London haviam isolado de uma mãe kombuchá. Essa espécie pode produzir grandes quantidades de celulose.
 
Como os pesquisadores usaram uma cepa de levedura de laboratório, eles puderam projetar as células para fazer qualquer uma das coisas que a levedura de laboratório pode fazer - por exemplo, produzir enzimas que brilham no escuro ou detectar poluentes no ambiente. A levedura também pode ser programada para decompor os poluentes depois de detectá-los.

Enquanto isso, as bactérias na cultura produzem grandes quantidades de celulose resistente para servir de suporte. Os pesquisadores projetaram seu sistema de forma a controlar se a própria levedura, ou apenas as enzimas que ela produz, são incorporadas à estrutura da celulose. Leva apenas alguns dias para crescer o material e, se deixado por tempo suficiente, pode engrossar e ocupar um espaço tão grande quanto uma banheira.

"Achamos que é um bom sistema, muito barato e fácil de fabricar em grandes quantidades", diz Tang. "É pelo menos mil vezes mais material do que o sistema E.coli."

Basta adicionar chá

Para demonstrar o potencial de sua cultura de micróbios, que eles chamam de "Syn-SCOBY", os pesquisadores criaram um material que incorpora levedura que detecta o estradiol, que às vezes é encontrado como um poluente ambiental. Em outra versão, eles usaram uma cepa de levedura que produz uma proteína brilhante chamada luciferase quando exposta à luz azul. Essas leveduras podem ser trocadas por outras cepas que detectam outros poluentes, metais ou patógenos.

A cultura pode ser cultivada em meio de cultura de fermento normal , que os pesquisadores usaram na maioria de seus estudos, mas também mostraram que pode crescer em chá com açúcar. Os pesquisadores imaginam que as culturas podem ser personalizadas para as pessoas usarem em casa para cultivar filtros de água ou outros materiais úteis.

“Quase todo mundo pode fazer isso na cozinha ou em casa”, diz Tang. "Você não precisa ser um especialista. Você só precisa de açúcar, de chá para fornecer os nutrientes e de um pedaço de Syn-SCOBY mãe."

 

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