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Bacterias, aprovechemos estas «máquinas perfectas»

Bacterias, aprovechemos estas «máquinas perfectas»

David Coppedge, Graduado en Física (con honores)

11 mayo 2010 — Diez científicos italianos han expuesto una novedosa idea. Quieren enganchar sus vagones a las bacterias y usarlas para energizar manomáquinas. Es demasiado trabajo construir unas «máquinas tan perfectas» así a partir de cero, dicen. ¿Por qué no aprovechar lo que ya encontramos en la naturaleza?

El artículo que aparece en PNAS1 es realmente una ensoñación acerca de las posibilidades de usar bacterias dotadas de flagelos como motores para sus maquinarias:

Las bacterias autopropulsadas son un sueño de la nanotecnología. Estos organismos unicelulares son no sólo capaces de vivir y de reproducirse, sino que pueden nadar de forma muy eficiente, detectar el medio, y buscar alimento, todo ello incluido en un cuerpo que mide unas pocas micras. Antes que poder llegar a montar artificialmente unas máquinas tan perfectas, los investigadores están comenzando a explorar nuevas formas de aprovechar las bacterias como unidades propulsoras para microdispositivos. Las estrategias propuestas exigen la cuidadosa tarea de alinear y adherir células bacterianas sobre superficies sintéticas para conseguir que funcionen cooperativamente. Aquí demostramos que con medios asimétricos se puede producir una rotación espontánea y unidireccional de objetos nanofabricados sumergidos en un baño bacteriano activo. El mecanismo de propulsión lo proporciona el autoensamblaje de células mótilesEscherichia coli a lo largo de la interfaz del rotor. Nuestros resultados destacan las implicaciones tecnológicas de la capacidad de la materia activa para superar las restricciones impuestas por la segunda ley de la termodinámica sobre fluidos pasivos en equilibrio.

Este es un interesante término para una célula viva: «materia activa». Desde el punto de vista de un ingeniero, una bacteria se puede contemplar como un fragmento de materia energética que ha conseguido elucidar cómo contrarrestar la segunda ley de la termodinámica, al menos de forma local y temporal. Lo consigue convirtiendo energía bioquímica en movimiento mecánico. Todo lo que los ingenieros necesitan ahora es determinar cómo aplicar esta materia activa en formas asimétricas para que este trabajo se pueda realizar a escala nanométrica con una especie de efecto de «trinquete browniano».

El equipo realizó algunos experimentos para ensayar el concepto, con diminutos engranajes sumergidos en un baño activo de células mótiles de E. coli. Consiguieron que sus ayudantes bacterianos hicieran girar los engranajes a 2 rpm. En contraste con anteriores intentos que habían tratado de canalizar las bacterias a lo largo de carriles guiados, este equipo recurría a un método de autoorganización. «Demostramos que la naturaleza alejada del equilibrio del baño bacteriano permite rectificar los movimientos caóticos de las bacterias mediante la sola geometría», decían, implicando que el diseño previamente impuesto en el sistema extrae orden del caos. «Una vez se han fabricado las microestructuras con una forma asimétrica apropiada, no se necesita ningún modelado químico adicional ni una taxia inducida externamente para producir un movimiento direccional y predecible». Un sueño de grandes físicos puede pronto llegar a hacerse realidad, gracias a nuestros diminutos amigos celulares:

La idea es que, en estados alejados del equilibrio, pueda surgir un movimiento direccional procedente de la dinámica caótica de moléculas pequeñas fue primero propuesta por [Richard] Feynman en su famoso experimento mental de «rueda trinquete y uñeta» [1966]. La combinación de asimetría y ausencia de equilibrio fue pronto reconocida como en el origen del «efecto de trinquete», lo que abrió la vía al estimulante concepto de motores brownianos en contextos físicos y biológicos. Se han considerado muchas formas para llevar un sistema fuera del equilibrio térmico, como ciclado de temperatura o aplicar campos externos dependientes del tiempo. Nuestro experimento demuestrauna curiosa aplicación de un mecanismo de trinquete, donde las bacterias pueden ser contempladas como «moléculas» intrínsecamente alejadas del equilibrio. Se pueden usar medios ambientes asimétricos para deshacer las simetrías espaciales restantes y permitir la aparición de un movimiento ordenado, reproducible que pudiera ser utilizado como mecanismo impulsor para microdispositivos autónomos autopropulsados. Las aplicaciones más prometedoras a escala micrométrica son sistemas autopropulsados de micromáquinas, bombas y mezcladores para microfluidos, pero también será importante responder a la cuestión de si los motores bacterianos quedan limitados al mundo de lo microscópico, o si podemos pensar en el aprovechamiento macroscópico de las bacterias como fuentes de energía mecánica.

Ahora bien, esto sí que es un sueño: imaginemos las bacterias como fuerza motriz para nuestros automóviles. ¿Cuántos flagelos serían necesarios? El artículo lo revisó Howard Berg de Harvard, uno de los investigadores pioneros sobre el flagelo bacteriano. Los autores no mencionan nada acerca de la evolución.

Referencias :
  1. Di Leonardo et al, «Bacterial ratchet motors», Proceedings of the National Academy of Sciences publicado en línea antes de su impresión el 10 de mayo de 2010, doi: 10.1073/pnas.0910426107.
PublicaciónOriginal:

Creation Evolution Headlines – Bacteria: Let’s harness those “Perfect Machines” – 11/05/2010

Agradecimientos:

Fuente de la noticia. http://www.creacionismo.net/genesis/Art%C3%ADculo/bacterias-%E2%80%94-aprovechemos-estas-%C2%ABm%C3%A1quinas-perfectas%C2%BB