Gli ingegneri del MIT e dell'Imperial College di Londra hanno sviluppato un nuovo modo per generare materiali funzionali che utilizzano una miscela di batteri e lieviti simile alla "madre kombucha" utilizzata per fermentare il tè.

Usando questa miscela, chiamato anche SCOBY (coltura simbiotica di batteri e lieviti), i ricercatori sono stati in grado di produrre cellulosa incorporata con enzimi in grado di svolgere una varietà di funzioni, come il rilevamento di inquinanti ambientali. Hanno anche dimostrato di poter incorporare il lievito direttamente nel materiale, creare "materiali viventi" che potrebbero essere utilizzati per purificare l'acqua o per realizzare materiali di imballaggio "intelligenti" in grado di rilevare danni.

"Prevediamo un futuro in cui diversi materiali potrebbero essere coltivati ​​in casa o in impianti di produzione locali, utilizzando la biologia piuttosto che la produzione centralizzata ad alta intensità di risorse, "dice Timothy Lu, un professore associato del MIT di ingegneria elettrica e informatica e di ingegneria biologica.

Lu e Tom Ellis, professore di bioingegneria all'Imperial College di Londra, sono gli autori senior del documento, che appare oggi in Materiali della natura . Gli autori principali del documento sono lo studente laureato del MIT Tzu-Chieh Tang e il postdoc dell'Università di Cambridge Charlie Gilbert.

Divisione del lavoro

Diversi anni fa, Il laboratorio di Lu ha sviluppato un modo per utilizzare E. coli per generare biofilm incorporati con materiali come i nanofili d'oro. Però, quei film sono molto piccoli e sottili, rendendoli difficili da usare nella maggior parte delle applicazioni su larga scala. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno cercato di trovare un modo per utilizzare i microbi per generare quantità maggiori di materiali più consistenti.

Hanno pensato di creare una popolazione di microbi simile a una madre kombucha, che è una miscela di alcuni tipi di batteri e lieviti. Queste fabbriche di fermentazione, che di solito contengono una specie di batteri e una o più specie di lievito, produrre etanolo, cellulosa, e acido acetico, che conferisce al tè kombucha il suo sapore caratteristico.

La maggior parte dei ceppi di lievito selvatico utilizzati per la fermentazione sono difficili da modificare geneticamente, così i ricercatori li hanno sostituiti con un ceppo di lievito da laboratorio chiamato Saccharomyces cerevisiae. Hanno combinato il lievito con un tipo di batterio chiamato Komagataeibacter rheticus, che i loro collaboratori all'Imperial College di Londra avevano precedentemente isolato da una madre kombucha. Questa specie può produrre grandi quantità di cellulosa.

Poiché i ricercatori hanno utilizzato un ceppo di lievito da laboratorio, potrebbero ingegnerizzare le cellule per fare una qualsiasi delle cose che il lievito da laboratorio può fare, ad esempio, producendo enzimi che si illuminano al buio, o rilevamento di inquinanti nell'ambiente. Il lievito può anche essere programmato in modo che possano abbattere gli inquinanti dopo averli rilevati.

Nel frattempo, i batteri nella coltura producono quantità su larga scala di cellulosa dura per fungere da impalcatura. I ricercatori hanno progettato il loro sistema in modo da poter controllare se il lievito stesso, o solo gli enzimi che producono, sono incorporati nella struttura della cellulosa. Ci vogliono solo pochi giorni per far crescere il materiale, e se lasciato abbastanza a lungo, può addensarsi per occupare uno spazio grande quanto una vasca da bagno.

"Pensiamo che questo sia un buon sistema, molto economico e molto facile da realizzare in grandi quantità, " dice Tang. "È almeno mille volte più materiale del sistema E.coli".

Basta aggiungere il tè

Per dimostrare il potenziale della loro coltura microbica, che chiamano "Syn-SCOBY, " i ricercatori hanno creato un materiale che incorpora lievito che rileva l'estradiolo, che a volte si trova come un inquinante ambientale. In un'altra versione, hanno usato un ceppo di lievito che produce una proteina luminosa chiamata luciferasi quando esposta alla luce blu. Questi lieviti potrebbero essere scambiati con altri ceppi che rilevano altri inquinanti, metalli, o patogeni.

La coltura può essere coltivata in un normale terreno di coltura del lievito, che i ricercatori hanno utilizzato per la maggior parte dei loro studi, ma hanno anche dimostrato che può crescere nel tè con lo zucchero. I ricercatori prevedono che le colture potrebbero essere personalizzate per le persone da utilizzare a casa per coltivare filtri per l'acqua o altri materiali utili.

"Praticamente tutti possono farlo in cucina o a casa, " Tang dice. "Non devi essere un esperto. Hai solo bisogno di zucchero, hai bisogno di tè per fornire i nutrienti, e hai bisogno di un pezzo di madre Syn-SCOBY."