Una casa fatta di un materiale simile alla plastica creato dai batteri nel laboratorio di Neel Joshi. Credito:Ruby Wallau/Northeastern University
Immagina se potessimo far crescere un edificio come i polipi di corallo fanno crescere una barriera corallina, o se le cellule viventi nei nostri vestiti potrebbero abbattere il sudore e l'odore del corpo. Immagina che colonie di batteri sulle stazioni spaziali abbiano prodotto il filamento per stampanti 3D. Immagina che i materiali che usiamo ogni giorno possano ripararsi da soli.
Sembra fantascienza, ma Neel Joshi, professore associato di chimica e biologia chimica alla Northeastern, crede che tali imprese siano realizzabili. E la National Science Foundation è d'accordo.
I materiali viventi ingegnerizzati - sostanze costituite o da cellule riprogrammate - potrebbero migliorare e sostituire la plastica, calcestruzzo, e altri materiali che sono attualmente realizzati con pratiche di produzione più standard, dice Joshi.
"L'impronta di carbonio dei materiali fabbricati per il nostro intero ambiente costruito è enorme, " Dice Joshi. "Essere in grado di ridurlo seguendo il modello di come la biologia costruisce le cose sarà molto importante".
Questa idea, presentata da Joshi e dal suo team, è stato selezionato come vincitore del primo premio nel concorso Idea Machine 2026 della National Science Foundation, che ha cercato "grandi sfide" per aiutare a plasmare l'agenda di ricerca degli Stati Uniti per gli anni a venire. La proposta del team era uno dei quattro vincitori del primo premio selezionati tra quasi 800 proposte.
L'idea di usare i batteri per costruire le cose non è così selvaggia come potrebbe sembrare, dice Joshi. L'industria della bioproduzione utilizza già i microbi per produrre fragranze, vitamine, prodotti farmaceutici, e altre molecole utili. E ci sono anche alcuni materiali più grandi creati dalle cellule viventi.
"Alcune delle nostre plastiche compostabili che potresti trovare nelle mense sono realizzate con polimeri raccolti da microbi, " dice Joshi. "Questo è un passo nella giusta direzione. Ma ci sono pochissimi esempi di questi tipi di materiali, e inoltre non coprono realmente l'ampia gamma di proprietà dei materiali che vorremmo. La vera visione dei materiali viventi ingegnerizzati è quella di andare oltre e programmare le cellule per produrre direttamente materiali e beni funzionali, eludere le pratiche di fabbricazione tradizionali".
Neel Joshi, professore associato di chimica e biologia chimica, sta addestrando le cellule a costruire materiali che potrebbero sostituire la plastica o essere utilizzati nei trattamenti medici. Credito:Ruby Wallau/Northeastern University
Far sì che le cellule viventi costruiscano un materiale coerente, al contrario di una molecola, è più impegnativo, ma questo accade regolarmente in natura. Alcune colonie di microrganismi creano chiazze, strati simili a colla chiamati biofilm per proteggersi - pensa alla placca sui denti o alla melma su una roccia di fiume - e questi meccanismi potrebbero essere adattati per creare cose come rivestimenti impermeabili o materiali simili alla plastica.
Attualmente, produciamo circa 300 milioni di tonnellate di plastica ogni anno, e la stragrande maggioranza non viene riciclata. La plastica non si decompone nell'ambiente, e i ricercatori sono alla ricerca di modi per affrontare il crescente problema dei rifiuti di plastica. I materiali prodotti dalle cellule hanno molte più probabilità di essere biodegradabili, dice Joshi.
"La biologia è molto brava a convertire cose che erano utili in una forma in un'altra forma e a riutilizzare tutte le stesse materie prime per fare qualcos'altro, " dice Joshi. "Tutto quello che fai da un sistema vivente sarà probabilmente più degradabile della plastica."
Joshi e i suoi colleghi stanno già lavorando su diversi nuovi materiali nel loro laboratorio, comprese le sostanze simili alla plastica create dai batteri.
"Imparare dalla natura è stata una parte di questa ricerca, "dice Avinash Manjula Basavanna, un ricercatore post-dottorato che si è concentrato sulla creazione di bioplastiche. "Ma questo è un passo avanti rispetto alla biomimetica tipica. Stiamo progettando la biologia per personalizzare i materiali in base a ciò che vogliamo".
Il gruppo sta anche modificando un biofilm creato da batteri E. coli per avere proprietà diverse. I batteri potrebbero essere usati per creare uno strato protettivo nell'intestino di qualcuno con il morbo di Crohn o la colite, guidando la guarigione delle lesioni e delle aree infiammate.
"Nei prossimi 10 anni, parleremo dell'uso dei microbi per produrre materiali per diverse applicazioni oltre a quello che possiamo anche solo immaginare in questo momento, "dice Anna Duraj-Thatte, un ricercatore post-dottorato in laboratorio. "Questo è solo l'inizio."
