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Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Investigadores del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa crean micromotores biológicos con bacterias

María Luisa Cordero, Gabriel Ramos y Rodrigo Soto.

María Luisa Cordero, Gabriel Ramos y Rodrigo Soto.

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Núcleo Milenio Física de la Materia Activa
Departamento de Física - FCFM

Equipo del DFI demostró que grupos de bacterias son capaces de organizarse para mover la gota de agua en la que están insertas y que ese movimiento puede dirigirse y controlarse externamente, lo que abre posibilidades en biotecnología y medicina teledirigida.

¿Has visto cómo se mueven las bandadas de aves o los cardúmenes de peces? Aunque son grupos de animales, se mueven como si fueran en un solo organismo. Las suspensiones bacterianas también se mueven así, colectivamente. Una pregunta abierta sobre estos sistemas -que los físicos llaman Materia Activa- es si la energía que adquieren del medio ambiente para moverse como un enjambre, puede ser usada para mover algo más que a ellos mismos.

Un equipo de científicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa -alojado en el Departamento de Física de la FCFM- ha demostrado, por primera vez, que eso no sólo que es posible, sino que ese movimiento podría ser dirigido externamente, creando micromotores biológicos, lo que abre insospechadas aplicaciones futuras en biotecnología y medicina.

Autoorganización

Gabriel Ramos, físico y tesista de doctorado del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, bajo la dirección de María Luisa Cordero y Rodrigo Soto, directora alterna y director del Núcleo Milenio del Departamento de Física de la Universidad de Chile, colocó microgotas de agua, del grosor de un pelo, en pequeños canales rodeados de aceite. Dentro de cada gota, el físico introdujo millones de bacterias Escherichia coli (E. coli) con el fin de estudiar su movimiento colectivo.

Lo que sucedió luego fue inesperado y lo explica, María Luisa Cordero, académica del Departamento de Física de la FCFM, experta en microfluídica y creadora de los soportes para los experimentos: “Las bacterias se movían para todos lados dentro de la gota, pero en un rato comenzaron a nadar en grupo, colectivamente, como un cardumen. Tendían a moverse hacia los bordes de la gota y formaban algunos remolinos. De pronto, se autoorganizaron y había varios remolinos internos que hacían rodar la gota en una dirección y permitían que ésta se moviera en el canal de aceite”.

Gabriel Ramos dice que el hallazgo es muy importante debido a que –hasta ahora– se sabía que las bacterias vivas podían moverse colectivamente, pero no que podían mover la gota en la que estaban insertas y menos que podían autoorganizarse con ese fin.

Como la E. coli busca oxígeno en el medio natural, ahora usarán ese compuesto para ver si pueden dirigir el movimiento de la gota. “La ventaja con la E. coli es que responde a señales químicas, por lo que podríamos dirigir el movimiento de la gota y hacer que vaya donde nosotros queramos”, dice Ramos.

Micromotores

Esa gota de agua moviéndose, gracias al movimiento colectivo de las bacterias que tiene en su interior, es un motor biológico. Y no es el único que han desarrollado los físicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa.

Aprovechando un trabajo colaborativo entre el Núcleo Milenio y físicos europeos, Gabriel Ramos llevó su trabajo al laboratorio de Eric Clement, físico del ESPCI, en Francia. Fue así como, junto al estudiante de doctorado francés Benoit Vincenti -ambos bajo la tutela de sus docentes en Chile y Francia- realizaron un nuevo experimento, pero esta vez con bacterias magnetotácticas, que tienen naturalmente un pequeño imán en su interior, que les permite usar el campo magnético de la Tierra para nadar a zonas seguras para reproducirse y alimentarse, en el océano profundo.

En el laboratorio de ESPCI, Francia los físicos pusieron miles de bacterias magnetotácticas dentro de una microgota de agua, como en el primer experimento. Pero, en esta ocasión, aplicaron un campo magnético. Lo que ocurrió es que las bacterias hacen girar la gota según donde esté ubicado el campo magnético, lo que significa que “tenemos un motor que se puede controlar”. Esta investigación será publicada próximamente en la revista Nature Communications.

Gabriel Ramos explica que tanto en éste como en el otro experimento tienen micromotores biológicos que podrían ayudar –a futuro– a crear dispositivos en que se necesite transportar algún compuesto en aplicaciones bioquímicas, extraer energía a partir de la rotación de la gota para generar microdispositivos electrónicos o biobaterías, o ayudar a investigadores en el área de la medicina a diseñar nuevas formas de llevar medicamentos de forma dirigida dentro del cuerpo”, dice Ramos.

Las aplicaciones son insospechadas. Por ahora, este equipo científico ya mostró que a nivel colectivo “las bacterias pueden mover un objeto que es cien veces más grande que ellas”, explica Rodrigo Soto.

Comunicaciones Núcleo Milenio Física de la Materia Activa

Jueves 26 de septiembre de 2019

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