Trabajando con bacterias ligeras y genéticamente modificadas, los investigadores de la Universidad de Stanford pueden moldear el crecimiento de las comunidades bacterianas. Desde los lunares hasta las rayas y los circuitos, pueden hacer diseños complejos durante la noche. La técnica, descrita en el 19 de marzo Actas de la Academia Nacional de Ciencias , puede lograr biopelículas cultivadas a una resolución de 25 micrómetros, que es aproximadamente un cuarto del tamaño de un grano de sal de mesa.
"La mayoría de las bacterias en la Tierra viven en comunidades de biopelículas y las biopelículas son muy relevantes en la enfermedad de la salud, por ejemplo, en la placa de nuestros dientes o en infecciones bacterianas basadas en catéteres", dijo Ingmar Riedel-Kruse, profesor asistente de bioingeniería yautor principal del artículo: "Comprender cómo funcionan las biopelículas es una pregunta importante en muchos niveles".
El grupo dijo que la técnica podría aclarar cómo crecen las biopelículas y conducir al desarrollo de nuevos biomateriales o comunidades microbianas sintéticas que podrían implementarse en dispositivos o sistemas pequeños, como chips de microfluidos o circuitos basados en biopelículas.
Litografía de biopelícula
La técnica del grupo se basa en la bacteria E. coli que han diseñado genéticamente para secretar una proteína pegajosa en respuesta a una longitud de onda particular de luz azul. Cuando brillan la luz de longitud de onda apropiada en el patrón deseado en un plato de cultivo de bacterias modificadas, ellas bacterias se adhieren a las áreas iluminadas, formando una biopelícula en la forma del patrón. Los investigadores llaman a su técnica litografía de biopelícula por su similitud con la litografía utilizada en la fabricación de circuitos electrónicos.
Existen otras técnicas para modelar comunidades bacterianas, incluyendo depositarlas con una impresora de inyección de tinta o pre-modelar la superficie de cultivo con productos químicos que sesgan el crecimiento bacteriano en áreas específicas. Sin embargo, la litografía de biopelícula tiene el beneficio de la velocidad, simplicidad, mayor resolución y compatibilidadcon una variedad de entornos de superficie, incluidos dispositivos microfluídicos cerrados, dijeron los investigadores.
Los intrincados diseños posibles con la litografía de biopelículas podrían ayudar a explorar la dinámica de las comunidades bacterianas.
"Las biopelículas existen en un entorno social con otras bacterias", dijo Xiaofan Jin, un estudiante graduado en bioingeniería y autor principal del artículo. "Las interacciones entre estas bacterias a menudo están dictadas por el lugar donde crecen entre sí y esto podría seruna gran herramienta para especificar exactamente cuándo y dónde en una comunidad bacteriana pueden vivir ciertas especies "
Al probar la litografía de biopelícula, los investigadores ya descubrieron una nueva idea. Asumieron que las células que nadan dentro y fuera de las regiones iluminadas darían como resultado patrones borrosos, pero los diseños resultaron sorprendentemente nítidos. Estas imágenes nítidas llevaron al grupo a concluirque muchas de las bacterias ya deben estar débilmente unidas a la superficie de cultivo. En lugar de navegar alrededor del plato, parece que las bacterias están continuamente saltando dentro y fuera de la superficie.
"En la literatura, existen diferentes modelos de cómo ciertas especies bacterianas forman biopelículas", explicó Riedel-Kruse. "Argumentamos, al menos con esta especie, que proporcionamos evidencia adicional para esa hipótesis".
inspiración de silicio
Por coincidencia, la resolución de 25 micrómetros que los investigadores lograron con las biopelículas es similar a la primera fotolitografía de silicio, que contribuyó al éxito generalizado de los semiconductores de silicio. Del mismo modo, los investigadores ven muchas aplicaciones versátiles e impactantes para sus diseños bacterianos.
"Esperamos que esta herramienta se pueda aplicar para comprender mejor las comunidades bacterianas, tanto naturales como sintéticas", dijo Jin. "También vemos potencial para que estas comunidades hagan cosas útiles, como la biosíntesis metabólica o la biocomputación distribuida. Puedeincluso sea posible crear biomateriales novedosos como circuitos de biopelículas conductoras "
Los investigadores están tomando medidas para cultivar múltiples cepas de bacterias simultáneamente a través de la litografía de biopelículas para formar comunidades de varias especies. En particular, esperan entender cómo las bacterias en una biopelícula pueden compartir la resistencia a los antibióticos, una pregunta con importantes implicaciones clínicas,ya que las biopelículas son bien conocidas por ser obstinadas contra el tratamiento con antibióticos.
Riedel-Kruse también es miembro de Stanford Bio-X. Esta investigación fue financiada por Stanford Bio-X, el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá y la Sociedad Estadounidense del Cáncer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :