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Nueva plataforma para la ingeniería de bacterias biónicas.

bacterias biónicas

Investigadores de Israel han desarrollado «bacterias biónicas». La tecnología innovadora tiene muchas aplicaciones potenciales en la industria (p. ej., producción mejorada de compuestos quirales y combustibles), en el medio ambiente (p. ej., detección de sustancias peligrosas usando bacterias) y en medicina precisa (p. ej., liberación dirigida de fármacos biológicos en el cuerpo usando luz externa)

El estudio fue dirigido por el Profesor Omer Yehezkeli y su estudiante Oren Bachar  . La revista Angewandte Chemie International Edition, publicó el estudio.

«Mi grupo de investigación se ocupa de la interfaz entre la ingeniería y la biotecnología a nivel de nanoescala», explicó 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 otro. el otro, para crear sistemas biónicos que funcionen sinérgicamente”.

Las partículas semiconductoras a nanoescala generalmente se producen en procesos químicos que requieren altas temperaturas y solventes orgánicos.

En el estudio actual, los investigadores pudieron crear, utilizando proteínas modificadas, un entorno que permite el crecimiento de partículas nanométricas en condiciones biológicas ya temperatura ambiente.

A su vez, las nanopartículas cultivadas pueden dar lugar a procesos de componentes biológicos inducidos por la luz.

«El uso de proteínas modificadas para el autocrecimiento de nanomateriales es una estrategia prometedora que abre nuevos horizontes científicos para combinar materia inanimada y viva.

En el estudio actual, demostramos el uso de proteínas modificadas para cultivar nanopartículas de CdS capaces de reciclar NADPH a través de la radiación de luz.NADPH es crucial en muchos procesos enzimáticos y por lo tanto se desea su generación”.

Las enzimas son un componente biológico común involucrado en todas las funciones de las células vivas.

Estas son estructuras proteináceas que impulsan acciones deseables mediante la creación de un entorno bioquímico adecuado.

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.

En su estudio, los investigadores demostraron que se podía producir (reciclar) NADPH utilizando la proteína SP1 modificada genéticamente.

Esta proteína está formada por 12 subunidades repetitivas que forman una estructura «en forma de rosquilla» con un «agujero» de 3 nanómetros (3 mil millones de metros de diámetro).

Utilizando herramientas de ingeniería biotecnológica, los investigadores realizaron cambios en las subunidades para permitir el crecimiento de una partícula nanométrica en la cavidad de la proteína.

La partícula resultante puede ser activada por la luz para inducir el flujo de electrones.

Estos electrones luego se utilizan para la activación de enzimas redox hacia la producción de productos quirales.

Las sustancias quirales son moléculas que tienen una molécula «espejo»: la misma molécula, pero en la dirección opuesta.

Muchos procesos naturales, tanto en el cuerpo humano como en otras formas de vida, por ejemplo, en las bacterias, son quirales; solo una forma será catalizada por el proceso biológico deseado, mientras que la molécula «espejo» no lo será.

En algunos casos, las moléculas espejo pueden dañar al huésped o incluso ser letales.

La industria farmacéutica generalmente requiere un enantiómero puro (la molécula sin el «espejo» conjugado).

Las enzimas son excelentes catalizadores para esto porque también son en su mayoría quirales y producen sustancias quirales puras.

El sistema híbrido nano-bio desarrollado que consta de enzimas y nanopartículas opera bajo luz visible durante al menos 22 horas para producir un producto quiral limpio (más del 99 %) y con una eficiencia de conversión del sustrato que alcanza el 82 %.

«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», dijo el profesor 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 completamente integradas con resultados iniciales prometedores.

Creemos que más allá del éxito tecnológico específico en la producción de NADPH y la producción de quirales 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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