Bakterije su genetski modifikovane za proizvodnju fluorescentnih ćelijskih kultura - sferoida (Foto: Imperial College London)
Šta ako bi vaša kuća mogla da odgovori na lomljenje jedne od svojih konstruktivnih greda jednostavnom popravkom, ili bi mostovi mogli sami da zakrpe pukotine u trenutku kada se pojave? Koliko god zvučalo maštovito, postoji sve veće polje istraživanja posvećeno takozvanim „živim materijalima“ koje bi jednog dana moglo omogućiti takvu funkcionalnost. Novi primer sa Imperial College London primenjuje ovu vrstu razmišljanja na sićušne 3D gradivne blokove koji mogu popraviti sopstvenu štetu.
Jedno područje istraživanja živog materijala u kojem vidimo dosta aktivnosti tiče se betona, pri čemu studije pokazuju kako se bakterije mogu ugraditi u materijal i odgovoriti na oštećenja vode klijanjem i proizvodnjom krečnjaka ili posebnih lepkova koji popunjavaju pukotine. Još jedna inicijativa je čak dovela do stvaranja „biološkog stana“, gde će se uzorci živog materijala menjati i ubacivati da bi se videlo kako oni rade.
"U prošlosti smo stvarali žive materijale sa ugrađenim senzorima koji mogu otkriti znakove i promene životne sredine", kaže autor studije profesor Tom Ellis. "Sada smo stvorili žive materijale koji mogu otkriti oštećenja i na njih odgovoriti tako što će se izlečiti."
Ovo je počelo sa bakterijama pod imenom Komagataeibacter rhaeticus, koje su genetski konstruisane za proizvodnju fluorescentnih ćelijskih kultura u obliku sfere, prikladno nazvanih sferoidi. Ovi 3D sferoidi se zatim mogu rasporediti u oblike i uzorke poput građevinskih blokova, a tim je testirao svoje sposobnosti samopopravljanja u prirodnom strukturnom materijalu zvanom bakterijska celuloza.
Bakterijska celuloza je materijal sličan skeli koji sintetiziraju neke bakterije i ima široki potencijal u brojnim industrijama, pronalazeći primjenu u papiru visoke čvrstoće, filterima u zvučnicima i u medicinskoj njezi kao zavoj za rane. Naučnici su izbušili rupe u debelom sloju bakterijske celuloze, a zatim posadili svoje sferoide u praznine. Nakon tri dana inkubacije, sferoidi su sanirali oštećenja i vratili konzistenciju i izgled originalnog materijala.
"Postavljanjem sferoida u oštećeno područje i inkubacijom kultura, blokovi su mogli osjetiti oštećenje i ponovno oživjeti materijal kako bi ga popravili", kaže Ellis.
Dijagrami efikasnosti novog samopopravljajućeg gradivnog bloka zasnovanog na bakterijama (Foto: Imperial College London)
Naučnici veruju da će jednog dana integrirati sferoide u građevinski materijal kako bi im dali mogućnost da se sami poprave. To bi moglo dovesti do vetrobranskih stakala koja popravljaju sopstvene pukotine, aviona koji popravljaju sopstvene trupove aviona ili rupa koje se zatvaraju na putu. Takva budućnost je još uvek daleko, ali naučnici rade na tome spajanjem svojih sferoida sa materijalima poput sunđera, drveta i pamuka. Kratkoročne primene tehnologije, međutim, leže u medicini.
"Naše otkriće otvara novi pristup gdje se uzgojeni materijali mogu koristiti kao moduli s različitim funkcijama, poput u građevinarstvu. Trenutno radimo na smeštaju drugih živih organizama unutar sferoida koji mogu da žive zajedno sa bakterijama koje proizvode celulozu", kaže prvi autor dr Joakuin Caro-Astorga."Mogući živi materijali koji iz toga mogu proizaći su različiti: na primer, sa ćelije kvasca koje luče medicinski relevantne proteine, mogli bismo generisati filmove za zarastanje rana gde se zavojem proizvode hormoni i enzimi radi poboljšanja popravka kože."
