Cíborg de bacteria para paneles solares vivientes

Unos científicos han conseguido dotar de nanotubos de carbono de una sola pared a bacterias de dos tipos distintos. Además, los nanotubos son heredados por las células hijas tras la reproducción por división celular de esas bacterias cíborg.

Este portento es obra del equipo internacional de Ardemis Boghossian, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza.

Un nanotubo de carbono de una sola pared se puede describir como una lámina de átomos de carbono, con el grosor de un átomo, enrollada de tal modo que un extremo de la lámina queda unido al otro extremo. Los nanotubos de más de una pared equivalen a enrollar la lámina dándole varias vueltas enteras, tantas como capas se desee que tenga el tubo resultante. Los nanotubos de carbono tienen fascinantes propiedades ópticas, mecánicas y de otros tipos, lo que ha abierto un sinfín de aplicaciones posibles para ellos.

Colocar nanotubos dentro de células de mamíferos es algo que viene haciéndose desde hace tiempo, gracias al mecanismo de la endocitosis, mediante el cual las propias células tragan y acomodan objetos minúsculos en su interior. Sin embargo, los procesos empleados típicamente con esas células se topan con demasiadas dificultades cuando se trata de intentar incorporar objetos dentro de bacterias. Un proceso adaptado para este fin específico ha permitido la incorporación de nanotubos dentro de bacterias.

Boghossian y sus colegas fueron capaces de "convencer" a las bacterias para que tragasen por sí mismas los nanotubos de carbono. Para convencerlas, “decoraron" los nanotubos con proteínas de carga positiva que son atraídas por la carga negativa de la membrana externa de la bacteria. Las dos clases de bacterias analizadas en el estudio, Synechocystis y Nostoc, pertenecen al filo de las cianobacterias, un enorme grupo de bacterias que obtienen su energía mediante la fotosíntesis, como las plantas. También son "Gram-negativas", lo que significa que su pared celular es delgada, y tienen una membrana externa adicional de la que carecen las bacterias "Gram-positivas".

Las bacterias recolectoras de luz, y “perfeccionadas” con la inclusión en ellas de nanotubos de carbono, pueden producir electricidad en lo que puede definirse como un sistema fotovoltaico viviente. (Ilustración: Giulia Fattorini)

Los investigadores observaron que las cianobacterias internalizaron los nanotubos de carbono mediante un proceso pasivo, dependiente de la longitud y selectivo. Este proceso permitió que los nanotubos de carbono penetraran espontáneamente en las paredes celulares tanto de bacterias Synechocystis individuales como de agrupaciones pluricelulares alargadas, con forma parecida a la de una serpiente, de bacterias del género Nostoc.

La línea de investigación y desarrollo que Boghossian sigue desde hace años se centra en interconectar nanomateriales artificiales con estructuras biológicas, incluyendo las células vivas. Las tecnologías nanobiónicas resultantes combinan las ventajas del mundo de lo vivo con las del mundo de lo inanimado.

Una cosa particularmente interesante de entre todas las que hacen estos cíborgs de bacterias es que cuando tienen dentro los nanotubos, su parte biológica aumenta de manera significativa la electricidad que produce cuando recibe luz. Esto ha llevado al grupo de Boghossian a trabajar sobre la posibilidad de usar estos cíborgs de bacterias, o bacterias nanobiónicas, para crear paneles solares vivientes. Además, por sus características, no solo generarían electricidad solar sino que también absorberían dióxido de carbono.

Un sistema fotovoltaico viviente es un dispositivo de producción de energía solar que usa para ello seres vivos. Lo más lógico es emplear organismos fotosintéticos. Aunque todavía están en las primeras fases de desarrollo, todo apunta a que estos dispositivos serán de gran ayuda para impulsar las energías limpias y renovables en el mundo, contribuyendo a combatir el calentamiento global.

Boghossian y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus últimos avances en la revista académica Nature Nanotechnology, bajo el título “Carbon nanotube uptake in cyanobacteria for near-infrared imaging and enhanced bioelectricity generation in living photovoltaics”. (Fuente: NCYT de Amazings)