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Oro e batteri per materiali ibridi "quasi viventi"

© Manfred Rohde/HZI/dpa/Corbis

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Grazie a tecniche di ingegneria genetica, un gruppo di ricerca ha riprogrammato batteri Escherichia coli per produrre determinati materiali, per esempio nanofili di oro per circuiti elettrici, dimostrando che è possibile coniugare la flessibilità degli organismi viventi con la specificità funzionale delle strutture artificiali (red)

materiali nanotecnologie microbiologia

Materiali ibridi, metà viventi e metà no, capaci di autoassemblarsi e reagire alle condizioni ambientali sono stati realizzati da un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e della Harvard University che li descrivono su “Nature Materials”. Questi materiali coniugano i pregi della materia vivente – per esempio sono in grado di scalare le proprie dimensioni in relazione all'ambiente circostante - con funzioni meglio gestite da materiali non viventi, come la conduzione di elettricità o l'emissione di luce.

Ispirati da alcuni materiali biologici che, come le ossa, hanno una matrice minerale, i ricercatori sono partiti dal batterio Escherichia coli, che tende naturalmente a creare colonie che formano sottili pellicole, i cosiddetti biofilm. Inoltre, dalla membrana di E. coli escono filamenti di proteine amiloidi, che servono al batterio per aderire alle superfici. Ognuna di queste fibre è costituita da una catena di subunità proteiche, o peptidi, che i ricercatori hanno modificato, inserendone alcune capaci di legarsi a materiali non viventi, per esempio nanoparticelle d'oro. In questo modo le particelle d'oro che aderiscono ai filamenti vengono incorporate nel biofilm prodotto dai batteri.

I flagelli di E. coli geneticamente modificato incorporano le nanoparticelle d'oro immesse in coltura. (© Laguna Design/Science Photo Library/Corbis)

Usando tecniche di ingegneria genetica, Allen Y. Chen e colleghi hanno poi programmato E. coli a produrre diversi tipi di filamenti, ciascuno dotato di un'affinità per differenti materiali, a seconda della sostanze usate come stimolo nel mezzo di coltura. Liberando nella soluzione di coltura specifiche sostanze al momento opportuno i ricercatori hanno regolato la crescita della parte non vivente del biofilm, facendogli produrre per esempio veri e propri circuiti elettrici in nanofili d'oro.

Oppure, hanno fatto in modo che in punti opportuni venissero inseriti microcristalli che hanno particolari proprietà quantomeccaniche, in modo da realizzare i cosiddetti punti quantistici, o quantum dot. I punti quantistici sono nanostrutture che hanno la capacità di intrappolare singoli elettroni e sono considerati, fra l'altro, i vettori d'elezione dei bit d'informazione quantistica (qubit) dei futuri computer quantistici.

Allo stato attuale, osserva Timothy K. Lu, che ha diretto lo studio, questi nuovi materiali sono una semplice dimostrazione delle potenzialità di questo approccio che coniuga la flessibilità degli organismi viventi alla specificità di funzioni delle strutture artificiali. In futuro questi nuovi materiali potrebbero essere usati per progettare dispositivi molto più complessi, da sensori diagnostici a materiali in grado di autoripararsi fino a celle solari e a dispositivi “intelligenti” per il trattamento dei rifiuti.