Biofilm di batteri per la stampa 3D per la costruzione di materiali viventi
Srikkanth Balasubramanian, Marie-Eve Aubin-Tam e Anne S. Meyer esplorano ulteriormente l’idea della stampa 3D con batteri nella loro recente stampa ” Stampa 3D per la fabbricazione di materiali viventi funzionali a base di biofilm “. Concentrandosi sul potere che i biofilm batterici potrebbero avere in una varietà di applicazioni, i ricercatori spiegano i vantaggi di queste reti di cellule CD costituite da proteine, lipidi, polisaccaridi e acidi nucleici.
Come piattaforme organiche per la produzione e la lavorazione di biomateriali, i biofilm batterici non solo si autoassemblano e si insediano in modelli spaziali, ma sono anche resistenti, dimostrando elevata rigidità meccanica e resistenza alle alte temperature, antibiotici, inquinanti, detergenti e altro. Gli autori si aspettano che i biofilm siano utili per applicazioni come le seguenti:
biolisciviazione
Biorimedio
Produzione di materiali
Purificazione delle acque reflue
La biologia sintetica consente ai ricercatori di perfezionare e rafforzare le prestazioni dei “batteri che formano biofilm”, con l’uso di peptidi aggiuntivi e “batteri geneticamente trattabili” come Escherichia coli e Bacillus subtilis in uso per materiali sintetici e ingegnerizzati. Nel creare tali biofilm, è necessario valutare:
Determinazione dei siti ottimali di fusione dei peptidi
Tolleranza della proteina di fusione alle mutazioni
Tossicità di nuovi tag peptidici per le cellule batteriche
Saggi funzionali per la caratterizzazione di nuove funzionalità di biofilm
“I risultanti materiali derivati dal biofilm possono presentare notevoli vantaggi rispetto ai materiali fabbricati da colture di batteri planctonici, in termini di resistenza agli ambienti estremi e imprevisti, riutilizzabilità, patterning multiscala spaziale e proprietà sintonizzabili”, affermano i ricercatori.
Ci sono sfide e preoccupazioni nell’uso di batteri geneticamente modificati, ovvio, con gli autori che affermano che i dispositivi stampati in 3D potrebbero quindi essere potenzialmente tossici e un pericolo per l’uomo e l’ambiente se i batteri fossero esposti.
“Per le applicazioni della società come le piante di acqua potabile, i rischi di contaminazione potrebbero essere eliminati stampando in 3D componenti di matrice extracellulare funzionali privi di cellule che sono stati isolati dai biofilm mediante filtrazione sotto vuoto. Tali componenti avranno una stabilità e una riusabilità più lunghe rispetto ai batteri viventi e non richiederebbero una manutenzione costante “, hanno concluso i ricercatori.
“Nel complesso, l’efficacia, la stabilità e la versatilità degli approcci alla bioprinting 3D in combinazione con le caratteristiche distinte dei biofilm batterici offrono una piattaforma ideale per la fabbricazione di prodotti derivati dal biofilm nella lavorazione e produzione dei materiali.”
Possibili applicazioni di biofilm sintetici stampati in 3D. I batteri possono essere geneticamente modificati per produrre proteine biofilm strutturali (in blu) decorate con peptidi funzionali specifici (in verde) tramite espressione eterologa in un ceppo batterico che ha una delezione genetica per le proteine biofilm strutturali. Combinando questi batteri ingegnerizzati con la bioprinting 3D, è possibile creare biofilm ingegnerizzati stampati in 3D con molteplici potenziali applicazioni, tra cui (A) disintossicazione ambientale e biorisanamento, (B) applicazioni biomediche, (C) produzione di materiali sintonizzabili con miglioramento meccanico e / o conduttivo proprietà, (D) Fabbricazione di materiali reattivi, (E) Elaborazione di materiali basata sulla biocatalisi, (F) Affrontare le domande fondamentali di ricerca,