As bactérias que utilizam nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) continuam a dividir-se normalmente e até transmitem as capacidades adicionais resultantes aos seus descendentes. Este resultado, recentemente demonstrado por investigadores da EPFL na Suíça, constitui a base de um novo campo que chamam de “nanobiónica herdada”. Os investigadores acreditam que as bactérias modificadas poderiam ser usadas para produzir energia fotovoltaica viva – dispositivos de produção de energia que, segundo eles, poderiam fornecer “uma solução real para a nossa crise energética em curso e para os esforços contra as alterações climáticas”.
SWCNTs são folhas enroladas de carbono com apenas um átomo de espessura e um diâmetro total de cerca de 1 nm. Eles possuem excelentes propriedades elétricas, ópticas e mecânicas que os tornam ideais para muitas aplicações no campo da nanobiotecnologia. Os pesquisadores colocaram, por exemplo, essas nanoestruturas em células de mamíferos para monitorar o metabolismo usando luz infravermelha próxima emitida pelos nanotubos. A luz emitida também pode ser usada para criar imagens de tecidos biológicos nas profundezas do corpo e ajudar a fornecer medicamentos terapêuticos às células. Nas células vegetais, os SWCNTs têm sido usados até para editar genomas.
A absorção do SWCNT é passiva, dependente do comprimento e seletiva
No novo trabalho, pesquisadores liderados por Ardemis Boghossian começou envolvendo SWCNTs com um revestimento de proteína carregado positivamente. As nanoestruturas foram então capazes de interagir com as membranas externas carregadas negativamente que cercam as células bacterianas que estudaram, que vêm do gênero Sinecociste e Nostos. O primeiro é unicelular e esférico, enquanto o último é multicelular e tem formato de cobra. Ambas são bactérias Gram-negativas (assim chamadas porque têm uma parede celular fina, bem como uma membrana externa adicional, o que significa que não retêm o corante usado em um teste comum conhecido como coloração de Gram) e pertencem ao Cianobactéria filo. Este grupo de bactérias obtém sua energia por meio da fotossíntese, como as plantas.
Boghossian e colegas descobriram que ambos Sinecociste e Nostos adotaram os SWCNTs por meio de um processo passivo, dependente do comprimento e seletivo que permite que as nanopartículas entrem espontaneamente nas paredes celulares dos microrganismos. Eles também descobriram que os nanotubos poderiam ser visualizados com muita clareza no infravermelho porque eles apresentam fluorescência nesta região do espectro eletromagnético. Na verdade, esta emissão de luz permitiu aos investigadores ver que os SWCNTs estavam a ser transmitidos às chamadas células-filhas da bactéria quando estas se dividiam. As células-filhas herdam assim as propriedades excepcionais dos nanotubos.
Como um membro artificial
“Chamamos isso de 'nanobiônica herdada'”, explica Boghossian. “É como ter um membro artificial que lhe dá capacidades além das que você pode alcançar naturalmente. E agora imagine que seus filhos podem herdar suas propriedades quando nascerem. Não apenas transmitimos às bactérias esse comportamento artificial, mas esse comportamento também é herdado por seus descendentes.”
E isso não foi tudo: os pesquisadores também descobriram que bactérias contendo nanotubos produzem uma quantidade significativamente maior de eletricidade quando iluminadas com luz do que bactérias sem nanotubos. “Essas 'fotovoltaicas vivas' se beneficiam de uma pegada de carbono negativa - elas absorvem ativamente, em vez de liberar, dióxido de carbono”, disse Boghossian Mundo da física. “Isso contrasta com a energia fotovoltaica convencional, que, embora aproveite nossa fonte de energia mais abundante – o Sol – gera muito dióxido de carbono durante a fase de fabricação.” Este é o “segredo sujo” da energia fotovoltaica, diz ela.
A energia fotovoltaica viva também apresenta outras vantagens importantes: possuem mecanismos automatizados para otimizar a absorção de luz; pode se auto-reparar; e, mais importante, pode reproduzir-se, acrescenta ela. “Você não precisa se preocupar em construir uma fábrica para fabricar cada célula individual. Essas células usam o dióxido de carbono que absorvem para se repararem automaticamente e produzirem mais de si mesmas. Eles dependem de materiais abundantes em terra e são baratos. Este é um sonho da ciência dos materiais.”
As áreas de aplicação
O trabalho, detalhado em Nature Nanotechnology, destaca aplicações que se concentram na captação de luz, bem como em imagens de fluorescência. “A imagem, por exemplo, não só nos permite rastrear as células ao longo das gerações, como também podemos usar esta tecnologia para diferenciar entre células vivas e não vivas e diferentes tipos de células.” Boghossian diz.
Tambores de grafeno captam vibrações de bactérias individuais
Os pesquisadores puderam ainda rastrear a formação de diferentes partes das membranas bacterianas após a divisão celular graças à luz emitida pelos nanotubos e monitorar as alterações físico-químicas no interior das células. “O que há de especial nesta aplicação é que a luz emitida é distinta da luz emitida naturalmente pelas células, por isso não precisamos nos preocupar com sinais interferentes que limitaram outras tecnologias semelhantes”, diz Boghossian.
Ser capaz de introduzir CNTs em bactérias desta forma também poderia levar a novas aplicações terapêuticas ou na entrega de DNA que antes eram prejudicadas pelas paredes celulares bacterianas de difícil penetração.
A equipe da EPFL está agora estudando maneiras de reprogramar suas células bacterianas para produzir eletricidade, modificando seu DNA. “Os organismos coletores de luz não são naturalmente muito eficientes na produção de eletricidade”, explica Boghossian. “Isso ocorre porque eles foram projetados pela Natureza para a sobrevivência, e não pela energia fotovoltaica. Com a recente expansão da biologia sintética, estamos agora em condições de redirecionar estas células para que sejam geneticamente inclinadas a produzir eletricidade.”
