23 de febrero de 2023 (Noticias de Nanowerk) Científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst anunciaron recientemente la invención de un nanocable 10,000 XNUMX veces más delgado que un cabello humano que puede ser cultivado a bajo costo por bacterias comunes y sintonizado para “olfatear” una amplia gama de marcadores químicos, incluidos los que emiten las personas afectadas. con una amplia gama de condiciones médicas, como asma y enfermedad renal. Miles de estos cables especialmente ajustados, cada uno de los cuales olfatea una sustancia química diferente, pueden colocarse en capas en pequeños sensores portátiles, lo que permite a los proveedores de atención médica una herramienta sin precedentes para monitorear posibles complicaciones de salud. Dado que estos cables son cultivados por bacterias, son orgánicos, biodegradables y mucho más ecológicos que cualquier nanocable inorgánico.
Las moléculas específicas se adhieren a los nanocables cultivados en E. coli modificada genéticamente. (Imagen: UMass Amherst) Para hacer estos avances, que se detallaron en la revista Biosensores y Bioelectricidad (“Nanocables microbianos con ligandos peptídicos modificados genéticamente para fabricar de forma sostenible dispositivos electrónicos de detección”), los autores principales Derek Lovley, Profesor Distinguido de Microbiología en UMass Amherst, y Jun Yao, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst, no necesitaban mirar más allá de sus propias narices. “La nariz humana tiene cientos de receptores, cada uno sensible a una molécula específica”, dice Yao. “Son mucho más sensibles y eficientes que cualquier dispositivo mecánico o químico que pueda diseñarse. Nos preguntamos cómo podríamos aprovechar el diseño biológico en sí mismo en lugar de depender de un material sintético”. En otras palabras, el equipo se preguntó si podrían trabajar con la naturaleza para detectar enfermedades, y resultó que eso fue lo que hicieron. La respuesta comienza con una bacteria conocida como geobacter sulfurreducens, que Lovley y Yao solían usar anteriormente crear una biopelícula capaz de producir electricidad continua a largo plazo a partir de su sudor. G. reductores de azufre' tiene la sorprendente capacidad natural de hacer crecer diminutos nanocables eléctricamente conductores. Pero G. reductores de azufre es una bacteria meticulosa que necesita condiciones específicas para crecer, lo que dificulta su uso a gran escala. “Lo que hemos hecho”, dice Lovley, “es sacar el 'gen del nanocable', llamado pilin, fuera de G. reductores de azufre y empalmarlo en el ADN de Escherichia coli, una de las bacterias más extendidas en el mundo”. Una vez que se eliminó el gen de la pilina G. reductores de azufre, Lovley, Yao y su equipo lo modificaron para incluir un péptido específico, conocido como DLESFL, que es extremadamente sensible al amoníaco, una sustancia química que suele estar presente en el aliento de las personas con enfermedad renal. Cuando empalmaron el gen de pilina modificado en E. colidel ADN, la bacteria alterada genéticamente produjo diminutos nanocables erizados con el péptido detector de amoníaco. Luego, el equipo recolectó estos nanocables sensibles al amoníaco y los incorporó en un sensor.
Los nanocables, con sus capacidades de olfato químico, se recolectan y se integran en un sensor. (Imagen: Lekbach et al., 10.1016/j.bios.2023.115147) "La modificación genética de los nanocables los hizo 100 veces más sensibles al amoníaco de lo que eran originalmente", dice Yassir Lekbach, coautor principal del artículo e investigador postdoctoral en microbiología en UMass Amherst. “Los nanocables producidos por microbios funcionan mucho mejor como sensores que los sensores descritos anteriormente fabricados con nanocables de silicio o metal tradicionales”. Y no hay necesidad de limitar estos nuevos sensores solo a amoníaco y enfermedad renal. Toshiyuki Ueki, el otro coautor principal del artículo y profesor de investigación en microbiología en UMass Amherst, dice que “es posible diseñar péptidos únicos, cada uno de los cuales se une específicamente a una molécula de interés. Entonces, a medida que se identifican más moléculas trazadoras emitidas por el cuerpo y que son específicas para una enfermedad en particular, podemos fabricar sensores que incorporen cientos de diferentes nanocables de detección de químicos para monitorear todo tipo de condiciones de salud”.
Las moléculas específicas se adhieren a los nanocables cultivados en E. coli modificada genéticamente. (Imagen: UMass Amherst) Para hacer estos avances, que se detallaron en la revista Biosensores y Bioelectricidad (“Nanocables microbianos con ligandos peptídicos modificados genéticamente para fabricar de forma sostenible dispositivos electrónicos de detección”), los autores principales Derek Lovley, Profesor Distinguido de Microbiología en UMass Amherst, y Jun Yao, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst, no necesitaban mirar más allá de sus propias narices. “La nariz humana tiene cientos de receptores, cada uno sensible a una molécula específica”, dice Yao. “Son mucho más sensibles y eficientes que cualquier dispositivo mecánico o químico que pueda diseñarse. Nos preguntamos cómo podríamos aprovechar el diseño biológico en sí mismo en lugar de depender de un material sintético”. En otras palabras, el equipo se preguntó si podrían trabajar con la naturaleza para detectar enfermedades, y resultó que eso fue lo que hicieron. La respuesta comienza con una bacteria conocida como geobacter sulfurreducens, que Lovley y Yao solían usar anteriormente crear una biopelícula capaz de producir electricidad continua a largo plazo a partir de su sudor. G. reductores de azufre' tiene la sorprendente capacidad natural de hacer crecer diminutos nanocables eléctricamente conductores. Pero G. reductores de azufre es una bacteria meticulosa que necesita condiciones específicas para crecer, lo que dificulta su uso a gran escala. “Lo que hemos hecho”, dice Lovley, “es sacar el 'gen del nanocable', llamado pilin, fuera de G. reductores de azufre y empalmarlo en el ADN de Escherichia coli, una de las bacterias más extendidas en el mundo”. Una vez que se eliminó el gen de la pilina G. reductores de azufre, Lovley, Yao y su equipo lo modificaron para incluir un péptido específico, conocido como DLESFL, que es extremadamente sensible al amoníaco, una sustancia química que suele estar presente en el aliento de las personas con enfermedad renal. Cuando empalmaron el gen de pilina modificado en E. colidel ADN, la bacteria alterada genéticamente produjo diminutos nanocables erizados con el péptido detector de amoníaco. Luego, el equipo recolectó estos nanocables sensibles al amoníaco y los incorporó en un sensor.
Los nanocables, con sus capacidades de olfato químico, se recolectan y se integran en un sensor. (Imagen: Lekbach et al., 10.1016/j.bios.2023.115147) "La modificación genética de los nanocables los hizo 100 veces más sensibles al amoníaco de lo que eran originalmente", dice Yassir Lekbach, coautor principal del artículo e investigador postdoctoral en microbiología en UMass Amherst. “Los nanocables producidos por microbios funcionan mucho mejor como sensores que los sensores descritos anteriormente fabricados con nanocables de silicio o metal tradicionales”. Y no hay necesidad de limitar estos nuevos sensores solo a amoníaco y enfermedad renal. Toshiyuki Ueki, el otro coautor principal del artículo y profesor de investigación en microbiología en UMass Amherst, dice que “es posible diseñar péptidos únicos, cada uno de los cuales se une específicamente a una molécula de interés. Entonces, a medida que se identifican más moléculas trazadoras emitidas por el cuerpo y que son específicas para una enfermedad en particular, podemos fabricar sensores que incorporen cientos de diferentes nanocables de detección de químicos para monitorear todo tipo de condiciones de salud”.
Un nuevo paradigma para la ingeniería eléctrica.
Los nanocables tradicionales, hechos de silicio o fibra de carbono, pueden ser altamente tóxicos (los nanotubos de carbono son en sí mismos cancerígenos) y terminar como desechos electrónicos no biodegradables. Sus materias primas pueden requerir enormes cantidades de energía y productos químicos para cosechar y procesar, además de dejar un profundo impacto ambiental. Pero debido a que los nanocables de Lovley y Yao se cultivan a partir de bacterias comunes, son mucho más sostenibles. “Una de las cosas más emocionantes de esta línea de investigación”, dice Yao, “es que estamos llevando la ingeniería eléctrica en una dirección fundamentalmente nueva. En lugar de cables fabricados con materias primas escasas que no se biodegradan, la belleza de estos nanocables de proteínas es que se puede utilizar el diseño genético de la vida para construir una plataforma estable, versátil, de bajo impacto y rentable”.- Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62434.php
