Primer semiconductor donde se han usado técnicas de Evolución Genética Dirigida

Haciendo avanzar la tecnología a un terreno que hasta hace poco era exclusivo de la ciencia-ficción, se ha logrado, por vez primera, usar la ingeniería genética y la evolución molecular para desarrollar la síntesis enzimática de un semiconductor.

En un futuro no muy lejano, los científicos podrían ser capaces de usar ADN para cultivar sus propios materiales especiales, gracias al concepto de evolución dirigida.

Tal como indica Lukmaan Bawazer, de la Universidad de California en Santa Bárbara y miembro del equipo científico que ha conseguido la primicia descrita, la estrategia usada para crear ese semiconductor constituye un método nuevo en el ámbito de las tecnologías humanas, pero es un método antiguo en la naturaleza.

Usando proteínas responsables de la formación de los esqueletos de sílice en las esponjas marinas, el equipo de Bawazer y Daniel Morse consiguió generar nuevas arquitecturas minerales al dirigir la evolución de estas enzimas. Esas proteínas, que están codificadas genéticamente, sirven como plantillas para los esqueletos de sílice y controlan la mineralización de estos. La sílice consta de silicio, el cual es el material principal de la mayoría de los semiconductores disponibles en el mercado.

En este estudio, unas microesferas de poliestireno, recubiertas con ciertas proteínas responsables de la formación de los esqueletos de sílice en esponjas marinas, fueron sometidas a una reacción de mineralización mediante la incubación de las esferas en una emulsión especial que contenía precursores químicos de la mineralización: silicio o titanio disueltos en la fase hídrica o aceitosa de la emulsión. A medida que las proteínas reaccionaban con los metales disueltos, estos eran integrados a la estructura resultante, formándose nanopartículas de dióxido de silicio o dióxido de titanio.


Con la creación de un acervo genético de esas proteínas, a través de la combinación y recombinación de materiales genéticos vinculados a dichas proteínas, los científicos lograron crear una gran cantidad de proteínas, de entre las cuales seleccionar las que tenían las propiedades deseadas.

Esta población genética estaba expuesta a dos presiones del entorno que determinaban los minerales seleccionados: Las proteínas necesitaban fabricar (es decir, mineralizar) los materiales directamente sobre la superficie de las esferas, y las estructuras minerales debían ser aptas para una fácil extracción de su información genética, la cual pudiera ser estudiada o ser sometida a nuevos pasos evolutivos.

El proceso produjo formas de proteínas de mineralización inexistentes en la naturaleza, que se comportaban de formas también distintas en la formación de estructuras minerales. Por ejemplo, algunas proteínas se autoensamblaban en láminas. En algunos casos, también se formaban materiales cristalinos, demostrando esto la existencia de una capacidad para formar cristales adquirida a través de la evolución dirigida.

El proceso podría potencialmente servir para trabajar con diversos metales, permitiendo así hacer evolucionar diferentes tipos de materiales. Controlando en laboratorio las condiciones en las que ocurre la evolución dirigida, será posible hacer evolucionar materiales hasta obtener aquellos que reúnan las capacidades deseadas, como por ejemplo un alto rendimiento para captar y aprovechar luz en el caso de un nuevo material para paneles solares.