FÁBRICAS BIOLÓGICAS DE NANOPARTÍCULAS
Por Angela Llavona
La nanotecnología persigue la fabricación y manipulación de estructuras muy pequeñas, de dimensiones del orden de los nanometros. Está considerada como una de las áreas más punteras y recientes de la investigación actual. Sin embargo, algo que es reciente para el ser humano y que le está costando mucho esfuerzo y dinero, no lo es para la Naturaleza. ¡Hay organismos vivos que llevan miles de millones de años fabricando nanopartículas!.
Las síntesis de estos nanomateriales es limpia, no tóxica y respeta el medio ambiente, lo que se denomina "química verde". Tanto organismos unicelulares como pluricelulares pueden producir nanomateriales, tanto intracelularmente como extracelularmente. Un ejemplo interesante es la bacteria magnetostática (M. gryphiswaldense), la cual fabrica nanopartículas (NPs) de óxido de hierro, denominadas magnetosomas. Estas estructuras se forman intracelularmente dentro de la bacteria y le sirven como sistema de navegación y orientación espacial debido a la interacción que tienen con el campo magnético terrestre. Los magnetosomas son partículas de Fe3O4 de unos 35-120 nm recubiertas de una membrana, la cual evita la aglomeración de las NPs y las hace biocompatibles. Por lo general se colocan linealmente a lo largo del citoesqueleto de la bacteria.
Estas NPs pueden aplicarse en el campo de la separación magnética y de la identificación e inmovilización de biomoléculas, por ejemplo extracción de DNA y mRNA.
Se ha observado la biosíntesis de NPs de metales nobles con formas y morfologías bien definidas, incluyendo esferas, hexágonos, triángulos, hilos… Se han conseguido NPs de oro usando Pseudomonas aeruginosa y Escherichia coli entre otros microorganismos, las cuales pueden utilizarse para aplicaciones en fotónica, optoelectrónica y sensores ópticos. Recientemente se ha descubierto una aplicación de las NPs con efectos antibacterianos. Se ha demostrado que NPs de oro y plata producidas por Fusarium oxysporum pueden incorporarse en diferentes tipos de materiales. Por ejemplo, añadir NPs de plata a la ropa la esteriliza y esto puede ser útil para su uso en hospitales.
También se han conseguido puntos cuánticos de CdSe con una alta luminiscencia mediante la incubación de un hongo (Fusarium oxysporum) en una mezcla de CdCl2 y SeCl4.
En conclusión, los organismos vivos tienen un gran potencial en la producción de nanopartículas y nanodispositivos con un amplio rango de aplicaciones. Usando organismos desde una simple bacteria hasta células complejas eucariotas, se puede conseguir la producción de NPs con la forma y el tamaño deseado.
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Sindicación
2009-05-20 a las 5.44 pm
[…] Sin embargo, como ya se describió en este blog, varias cepas de bacterias producen nanopartículas finas y uniformes de magnetita que tienen propiedades magnéticas adecuadas. Estas bacterias utilizan una proteína para formar partículas cristalinas de aproximadamente 50 nanómetros de diámetro. […]
2009-08-01 a las 3.52 pm
Realmente no tengo muy claro en que se diferencia la nanotecnología de la enzimología. Ambas trabajan con “máquinas” de tamaño inferior al nanómetro; la única diferencia es la estructura de las máquinas con las que se trabaja; mientras las enzimas se forman a partir de una cadena de aminoácidos, la nanotecnoloía de la que leemos mas trabaja con estructuras artificiale como nanotubos de carbono y buckminsterfullerenos. Ambas son herramientas con las que construir estructuras a una escala nanométrica. Supongo que con los años se combinará la eficacia de las enzimas como catalizadores con la sencillez de diseño y la solidez estructural que proporcionan los nanotubos de carbono.
El principal problema de diseñar y utilizar enzimas y proteinas como herramientas en nanotecnología es que se funcionalidad no es facilmente previsible. Son cadenas de aminoácidos que se enlazan para formar proteinas, ocasionalmente con algún heteroátomo en su estructura que actua comom grupo funcional. Cada uno de los aminoácidos que componen la cadena tiene su propia polaridad; al solvatarse en agua, interactuan con el disolvente y con otras moléculas de la cadena de formas muy dificilmente predecibles. El ejemplo mas tradicional (aunque no sea una enzima) es la hemoglobina:
http://gmein.uib.es/moleculas/proteinas/cuaternaria/cuaternaria_jmol.html
En ella, la funcionalidad depende de la estructura cuaternaria; está formada por cuatro subunidades muy similares a la molécula de mioglobina que se unen por varios puntos concretos. Esta funcionalidad cambia dependiendo de que esté unida a oxígeno o a dióxido de carbono, del pH del medio, etc…
Probablemente cuando la capacidad de computación haya avanzado lo suficiente sea posible diseñar enzimas “desde cero” sin necesidad de hacer una y otra vez pruebas del funcionamiento de diferentes secuencias de aminoácidos. En ese momento las enzimas se convertirán en herramientas de primer orden en la nanotecnología.