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Des scientifiques créent un matériau auto-réparateur à partir d’une force naturelle minuscule mais puissante

Avec juste un incubateur et du bouillon, les chercheurs peuvent cultiver des filtres réutilisables faits de bactéries pour nettoyer eau polluéedétecter les produits chimiques dans l’environnement et protéger les surfaces de la rouille et de la moisissure.

je suis un biologiste synthétique qui étudie matériaux vivants d’ingénierie — des substances fabriquées à partir de cellules vivantes qui ont diverses fonctions. dans mon recherches récemment publiéesj’ai programmé des bactéries pour former des matériaux vivants qui peuvent non seulement être modifiés pour différentes applications, mais qui sont également rapides et faciles à produire.

Des cellules vivantes aux matériaux utilisables

Comme les cellules humaines, les bactéries contiennent de l’ADN qui fournit les instructions pour fabriquer des protéines. L’ADN bactérien peut être modifié pour demander à la cellule de fabriquer de nouvelles protéines, y compris celles qui n’existent pas dans la nature. Les chercheurs peuvent même contrôler exactement où ces protéines seront situées dans la cellule.

Car matériaux vivants d’ingénierie sont constitués de cellules vivantes, ils peuvent être génétiquement modifiés pour remplir une grande variété de fonctions, presque comme programmer un téléphone portable avec différentes applications. Par exemple, les chercheurs peuvent transformer des bactéries en capteurs de polluants environnementaux en les modifiant pour changer de couleur en présence de certaines molécules. des chercheurs ont également utilisé des bactéries pour créer des particules de calcaire, le produit chimique utilisé pour fabriquer du polystyrène et du photovoltaïque vivant, entre autres.

Les organismes vivants peuvent être utilisés pour « cultiver » des matériaux pour fabriquer des vêtements et des meubles.

L’un des principaux défis pour les matériaux vivants modifiés a été de trouver comment les inciter à produire une matrice, ou des substances entourant la cellule, qui permettent aux chercheurs de contrôler les propriétés physiques du matériau final, telles que sa viscosité, son élasticité et sa rigidité. Pour résoudre ce problème, mon équipe et moi avons créé un système pour encoder cette matrice dans l’ADN de la bactérie.

Nous avons modifié l’ADN des bactéries Caulobacter croissant de sorte que les cellules bactériennes produisaient à leur surface une matrice composée de grandes quantités de protéines élastiques. Ces protéines élastiques ont la capacité de se lier les unes aux autres et former des hydrogelsun type de matériau qui peut retenir de grandes quantités d’eau.

Lorsque deux cellules bactériennes génétiquement modifiées se rapprochent, ces protéines se rejoignent et maintiennent les cellules attachées l’une à l’autre. En entourant chaque cellule avec ce matériau collant et élastique, les cellules bactériennes se regrouperont pour former une boue vivante.

De plus, nous pouvons modifier les protéines élastiques pour changer les propriétés du matériau final. Par exemple, nous pourrions transformer des bactéries en matériaux de construction durs capables de s’auto-réparer en cas de dommage. Alternativement, nous pourrions transformer les bactéries en matériaux mous qui pourraient être utilisés comme charges dans les produits.

L’avantage matériel vivant

Habituellement, la création de matériaux multifonctionnels est extrêmement difficile, en partie à cause des coûts de traitement très élevés. Comme un arbre qui pousse à partir d’une graine, les matériaux vivants, quant à eux, poussent à partir de cellules qui ont des besoins minimaux en nutriments et en énergie. Leur biodégradabilité et leurs exigences de production minimales permettent une production durable et économique.

La technologie pour fabriquer des matériaux vivants est peu sophistiquée et bon marché. Il ne faut qu’un incubateur à agitation, des protéines et des sucres pour faire pousser un matériau multifonctionnel et performant à partir de bactéries. L’incubateur est juste une boîte en métal ou en plastique qui maintient la température à environ 98,6 degrés Fahrenheit (37 Celsius), ce qui est bien inférieur à un four domestique conventionnel, et secoue les cellules à des vitesses plus lentes qu’un mélangeur.

Transformer les bactéries en matériaux vivants est également un processus rapide. Mon équipe et moi avons pu cultiver nos matériaux vivants bactériens en 24 heures environ. C’est assez rapide par rapport au processus de fabrication d’autres matériaux, y compris des matériaux vivants comme le bois, dont la production peut prendre des années.

Comme le montre cette vidéo de Caulobacter croissant colonisant une surface, les bactéries se multiplient très rapidement et très facilement.

De plus, notre boue bactérienne vivante est facile à transporter et à stocker. Il peut survivre dans un bocal à température ambiante jusqu’à trois semaines et être replacé dans un milieu frais pour repousser. Cela pourrait réduire le coût des technologies futures basées sur ces matériaux.

Enfin, les matériaux vivants manufacturés sont une technologie respectueuse de l’environnement. Parce qu’ils sont constitués de cellules vivantes, ils sont biocompatibles, non toxiques, biodégradables ou naturellement décomposables.

prochaines étapes – Il reste encore certains aspects de notre matériel bactérien vivant qui doivent être clarifiés. Par exemple, nous ne savons pas exactement comment les protéines à la surface des cellules bactériennes interagissent les unes avec les autres, ou à quel point elles se lient les unes aux autres. Nous ne savons pas non plus exactement combien de molécules de protéines sont nécessaires pour maintenir les cellules ensemble.

Répondre à ces questions nous permettra de personnaliser davantage les matériaux vivants avec les qualités souhaitées pour différentes fonctions.

Ensuite, je prévois d’explorer la culture de différents types de bactéries en tant que matériaux vivants afin d’élargir les applications pour lesquelles elles peuvent être utilisées. Quelques les types de bactéries sont meilleurs que d’autres à des fins différentes. Par exemple, certaines bactéries survivent mieux dans des environnements spécifiques, tels que le corps humain, le sol ou l’eau douce. Certains, en revanche, peuvent s’adapter à différentes conditions extérieures, telles que des variations de température, d’acidité et de salinité.

En ayant le choix entre de nombreux types de bactéries, les chercheurs peuvent personnaliser davantage les matériaux qu’ils peuvent créer.

Cet article a été initialement publié le La conversation par Sara Molinari à Université du riz. Lis le article original ici.

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