Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram um novo tipo de material que poderia oferecer uma solução sustentável e ecológica para limpar os poluentes da água.

Os pesquisadores descrevem o novo material descontaminante em artigo publicado na revista Nature Communications .

"O que é inovador é o emparelhamento de um material polimérico com um sistema biológico para criar um material vivo que pode funcionar e responder a estímulos de uma forma que os materiais sintéticos normais não conseguem", disse Jon Pokorski, professor de nanoengenharia na UC San Diego que coliderou a pesquisa.

O trabalho foi uma colaboração entre engenheiros, cientistas de materiais e biólogos do Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais da UC San Diego (MRSEC). Os coinvestigadores principais da equipe multidisciplinar incluem os professores de biologia molecular Susan Golden e James Golden e o professor de nanoengenharia Shaochen Chen.

“Esta colaboração permitiu-nos aplicar o nosso conhecimento da genética e fisiologia das cianobactérias para criar um material vivo”, disse Susan Golden, membro do corpo docente da Escola de Ciências Biológicas. "Agora podemos pensar de forma criativa sobre a engenharia de novas funções em cianobactérias para produzir produtos mais úteis."

Para criar o material vivo deste estudo, os pesquisadores usaram alginato, um polímero natural derivado de algas marinhas, hidrataram-no para formar um gel e misturaram-no com um tipo de bactéria fotossintética que vive na água, conhecida como cianobactéria .

A mistura foi alimentada em uma impressora 3D. Depois de testar várias geometrias impressas em 3D para o seu material, os pesquisadores descobriram que uma estrutura semelhante a uma grade era ideal para manter as bactérias vivas. O formato escolhido possui alta relação área superficial/volume, o que coloca a maior parte das cianobactérias próximas à superfície do material para acessar nutrientes, gases e luz.

O aumento da área superficial também torna o material mais eficaz na descontaminação.

Como experiência de prova de conceito, os pesquisadores modificaram geneticamente as cianobactérias em seu material para produzir continuamente uma enzima descontaminante chamada lacase. Estudos demonstraram que a lacase pode ser usada para neutralizar uma variedade de poluentes orgânicos, incluindo bisfenol A (BPA), antibióticos, medicamentos farmacêuticos e corantes.

Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que seu material pode ser usado para descontaminar o poluente à base de corante índigo carmim, um corante azul amplamente utilizado na indústria têxtil para colorir jeans. Nos testes, o material descoloriu uma solução aquosa contendo o corante.

Os pesquisadores também desenvolveram uma forma de eliminar as cianobactérias após a eliminação dos poluentes. Eles modificaram geneticamente as bactérias para responder a uma molécula chamada teofilina. A molécula faz com que as bactérias produzam uma proteína que destrói suas células.

“O material vivo pode atuar sobre o poluente de interesse e, em seguida, uma pequena molécula pode ser adicionada para matar a bactéria”, disse Pokorski. “Dessa forma, podemos aliviar quaisquer preocupações sobre a presença de bactérias geneticamente modificadas no meio ambiente”.

Uma solução preferível, observam os pesquisadores, é fazer com que as bactérias se destruam sem a adição de produtos químicos. Esta será uma das direções futuras desta pesquisa.

“Nosso objetivo é fabricar materiais que respondam a estímulos já presentes no ambiente”, disse Pokorski.

"Estamos entusiasmados com as possibilidades que este trabalho pode levar, com os novos materiais emocionantes que podemos criar. Este é o tipo de pesquisa que pode resultar quando pesquisadores com experiência interdisciplinar em materiais e ciências biológicas unem forças. Isso é tudo tornou-se possível graças ao nosso grupo de pesquisa interdisciplinar na UC San Diego MRSEC."