Gli edifici non sono dissimili da un corpo umano. Hanno ossa e pelle; respirano. elettrificato, consumano energia, regolare la temperatura e generare rifiuti. Gli edifici sono organismi, anche se inanimati.

Ma cosa succede se gli edifici, i muri, tetti, piani, finestre - erano effettivamente vive - cresciute, mantenuti e guariti da materiali viventi? Immaginate architetti che utilizzano strumenti genetici che codificano l'architettura di un edificio direttamente nel DNA degli organismi, che poi fanno crescere edifici che si autoriparano, interagire con i loro abitanti e adattarsi all'ambiente.

L'architettura vivente si sta spostando dal regno della fantascienza al laboratorio mentre team interdisciplinari di ricercatori trasformano le cellule viventi in fabbriche microscopiche. All'Università del Colorado Boulder, Dirigo il Laboratorio dei Materiali Viventi. Insieme ai collaboratori in biochimica, microbiologia, scienza dei materiali e ingegneria strutturale, utilizziamo kit di strumenti di biologia sintetica per ingegnerizzare i batteri per creare minerali e polimeri utili e trasformarli in blocchi di costruzione viventi che potrebbero, un giorno, dare vita agli edifici.

In uno studio pubblicato su Rapporti scientifici , io e i miei colleghi abbiamo programmato geneticamente E. coli per creare particelle di calcare con forme diverse, dimensioni, rigidità e tenacità. In un altro studio, lo abbiamo dimostrato E. coli può essere geneticamente programmato per produrre stirene, la sostanza chimica utilizzata per produrre schiuma di polistirene, comunemente noto come polistirolo.

Celle verdi per la bioedilizia

Nel nostro lavoro più recente, pubblicato in Questione , abbiamo usato cianobatteri fotosintetici per aiutarci a far crescere un materiale da costruzione strutturale e lo abbiamo mantenuto in vita. Simile alle alghe, i cianobatteri sono microrganismi verdi che si trovano in tutto l'ambiente, ma meglio conosciuti per la loro crescita sulle pareti dell'acquario. Invece di emettere CO ₂ , i cianobatteri usano CO ₂ e la luce del sole per crescere e, nelle giuste condizioni, creare un biocemento, che abbiamo usato per aiutarci a legare insieme le particelle di sabbia per creare un mattone vivente.

Mantenendo in vita i cianobatteri, siamo stati in grado di produrre materiali da costruzione in modo esponenziale. Abbiamo preso un mattone vivente, lo divise a metà e dalle due metà crebbero due mattoni pieni. I due mattoni pieni crebbero in quattro, e quattro divennero otto. Invece di creare un mattone alla volta, abbiamo sfruttato la crescita esponenziale dei batteri per far crescere molti mattoni contemporaneamente, dimostrando un metodo completamente nuovo di produzione dei materiali.

I ricercatori hanno solo scalfito la superficie del potenziale dei materiali viventi ingegnerizzati. Altri organismi potrebbero impartire altre funzioni viventi ai mattoni materiali. Per esempio, batteri diversi potrebbero produrre materiali che guariscono da soli, percepire e rispondere a stimoli esterni come pressione e temperatura, o anche illuminare. Se la natura può farlo, i materiali viventi possono essere progettati per farlo, pure.

Ci vuole anche meno energia per produrre edifici viventi rispetto a quelli standard. Produrre e trasportare i materiali da costruzione di oggi consuma molta energia ed emette molta CO ₂ . Per esempio, il calcare viene bruciato per fare cemento per il calcestruzzo. I metalli e la sabbia vengono estratti e fusi per produrre acciaio e vetro. La manifattura, il trasporto e l'assemblaggio di materiali da costruzione rappresentano l'11% della CO . mondiale ₂ emissioni. La sola produzione di cemento rappresenta l'8%. In contrasto, alcuni materiali viventi, come i nostri mattoni di cianobatteri, potrebbe effettivamente sequestrare CO ₂ .

Un campo in crescita

Squadre di ricercatori di tutto il mondo stanno dimostrando la potenza e il potenziale dei materiali viventi ingegnerizzati su molte scale, compresi i biofilm elettricamente conduttivi, catalizzatori viventi unicellulari per reazioni di polimerizzazione e fotovoltaico vivente. I ricercatori hanno realizzato maschere viventi che rilevano e comunicano l'esposizione a sostanze chimiche tossiche. I ricercatori stanno anche cercando di coltivare e assemblare materiali sfusi da una singola cellula geneticamente programmata.

Mentre le singole cellule sono spesso più piccole di un micron, un millesimo di millimetro, i progressi nella biotecnologia e nella stampa 3D consentono la produzione commerciale di materiali viventi su scala umana. Ecovativo, Per esempio, fa crescere materiali simili a schiuma usando il micelio fungino. Biomason produce blocchi biocementati e piastrelle di ceramica utilizzando microrganismi. Sebbene questi prodotti siano resi senza vita alla fine del processo di fabbricazione, i ricercatori della Delft University of Technology hanno escogitato un modo per incapsulare e stampare in 3D i batteri viventi in strutture multistrato che potrebbero emettere luce quando incontrano determinate sostanze chimiche.

Il campo dei materiali viventi ingegnerizzati è agli inizi, e sono necessarie ulteriori attività di ricerca e sviluppo per colmare il divario tra la ricerca di laboratorio e la disponibilità commerciale. Le sfide includono costi, test, certificazione e aumento della produzione. L'accettazione da parte dei consumatori è un altro problema. Per esempio, l'industria delle costruzioni ha una percezione negativa degli organismi viventi. pensa muffa, muffa, ragni, formiche e termiti. Speriamo di cambiare questa percezione. I ricercatori che lavorano sui materiali viventi devono anche affrontare le preoccupazioni relative alla sicurezza e alla biocontaminazione.

La National Science Foundation ha recentemente nominato i materiali viventi ingegnerizzati una delle principali priorità di ricerca del paese. La biologia sintetica e i materiali viventi ingegnerizzati svolgeranno un ruolo fondamentale nell'affrontare le sfide che gli esseri umani dovranno affrontare negli anni 2020 e oltre:cambiamento climatico, resilienza ai disastri, infrastrutture obsolete e sovraccariche, e l'esplorazione dello spazio.

Se l'umanità avesse un paesaggio vuoto, come farebbero le persone a costruire le cose? Sapendo ciò che gli scienziati sanno ora, Sono certo che non bruceremmo calcare per fare cemento, estrarre il minerale per fare acciaio o fondere la sabbia per fare il vetro. Anziché, Credo che ci rivolgeremmo alla biologia per aiutarci a costruire e sfumare i confini tra il nostro ambiente costruito e quello vivente, mondo naturale.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.