Aumentar la resistencia significaba perder flexibilidad y viceversa, es el desafío. En Finlandia, los investigadores de la Universidad de Aalto y el Centro de Investigación Técnica VTT han logrado superar este desafío, inspirados por la naturaleza. La investigación ha sido publicada en la revista Science Advances. Los investigadores han creado un material biológico nuevo al combinar fibras de celulosa de madera y la proteína de seda que se encuentra en los hilos de tela de araña. El resultado es un material muy firme y resistente que podría usarse en el futuro como un posible reemplazo del plástico, en aplicaciones médicas, fibras quirúrgicas, industria textil y empaques.
La Universidad Aalto es la fusión de la Universidad Politécnica de Helsinki, la Universidad de Economía de Helsinki y la Universidad de Arte y Diseño Helsinki.
El VTT Technical Research Centre es un Centro de Investigación Técnica.
Ambos trabajaron en un nuevo material que, además, podría reemplazar a los derivados de los hidrocarburos que procesan las petroquímicas en base a recursos no renovables.
Según el profesor de la Universidad de Aalto, Markus Linder, la naturaleza ofrece excelentes ingredientes para el desarrollo de nuevos materiales, tal como
> la celulosa, firme y fácilmente disponible, y
> la seda resistente y flexible, utilizada en esta investigación.
La ventaja de estos 2 materiales es que, a diferencia del plástico, son biodegradables y no dañan la naturaleza de la misma manera que el microplástico.
Técnicos e ingenieros de la Universidad Aalto y el Centro de Investigación Técnica VTT, en Finlandia, adhirieron fibras de celulosa de madera a la proteína de la seda de telaraña.
La seda es una proteína natural que es excretada por animales como los gusanos de seda y también se encuentra en hilos de telaraña.
Sin embargo, la seda de tela de araña utilizada por los investigadores de la Universidad de Aalto, en realidad no se toma de las telarañas, sino que es producida por los investigadores que usan bacterias con ADN sintético.
«Conocemos la estructura del ADN, podemos copiarlo y usarlo para fabricar moléculas de proteínas de seda que son químicamente similares a las que se encuentran en los hilos de la tela de araña. El ADN tiene toda esta información contenida en él», explica Linder.
«Nuestro trabajo ilustra las nuevas y versátiles posibilidades de la ingeniería de proteínas. En el futuro, podríamos fabricar compuestos similares con bloques de construcción ligeramente diferentes y lograr un conjunto características diferentes para otras aplicaciones. Nuestros investigadores solo necesitan poder reproducir estas propiedades naturales», agrega.
Sin embargo, es más complejo de lo que parece. No siempre es posible «reproducir» esas propiedades naturales.
El método de producción de proteínas es bastante conocido y, salvando las distancias, es algo similar al método que usamos para producir insulina. Y, por eso, es una buena ilustración de las posibilidades que tiene este tipo de ingeniería en el ámbito industrial.
Hay toda un área de investigación denominada ingeniería de proteínas que se dedica a desarrollar nuevas moléculas para su uso industrial, alimentario o de salud. En 2017, ya era un mercado de US$ 168.000 millones.
Proteínas
La Ingeniería de Proteínas es una rama emergente de la ingeniería. Aplica conocimientos de matemática, economía y biología molecular al diseño de proteínas.
La ingeniería de proteínas opera de forma iterativa, siguiendo un proceso cíclico que alterna etapas en las que se planean y ejecutan los cambios a realizar con otras en las que se evalúa el resultado de los mismos.
Existen dos métodos para el diseño de proteínas:
> el diseño racional (rational design) y
> la evolución dirigida.
En el «diseño racional» se introducen cambios en ciertos aminoácidos mediante mutagenesis dirigida, basados en la hipótesis que algunos cambios específicos causarán el efecto funcional buscado.
Existen ocasiones que dichos cambios se dan combinado dominios o motivos estructurales de distintas proteínas, generando una proteína híbrida. Es un método sencillo y barato.
En la evolución dirigida se introducen mutaciones aleatorias en la proteína bajo estudio y se seleccionan solo aquellas variantes que presentan las propiedades deseadas.
Generalmente se emplean 2 técnicas de biología molecular para realizar la mutagénesis aleatoria de genes aislados:
> la conocida como “error-prone PCR”consistente en la amplificación mediante PCR (reacción en cadena de la polimerasa) del gen que codifica la proteína de interés en condiciones que inducen a la DNA-polimerasa a cometer errores; y
> el “DNA-shuffling”, que consiste en la fragmentación de la secuencia que se desea mutagenizar mediante digestión conDNAsa, seguida de un reensamblaje de la misma mediante PCR.
Varias rondas de mutación y selección dan lugar a una colección de proteínas modificadas que presentan las características deseadas, sin embargo algunos ensayos funcionales pueden ser considerablemente complejos, y hallar la proteína mutante que contiene la modificación deseada puede implicar un número muy elevado de ensayos.
Para solventar estas dificultades se están utilizando procesos robotizados o “high throughput screening”, técnicas están inspiradas en la evolución natural y la reproducción sexual, respectivamente.
En el caso del material finlandés, la estructura del ADN que interviene en la producción de la proteína que les interesaba es muy conocida y, por eso, era sencillo insertarlo en bacterias y fabricar las proteínas para procesarlas después.
Posteriormente, mezclaron esas proteínas con nanofibras de celulosa de abedul para combinar la resistencia y la flexibilidad de ambos materiales.
(Urgente 24)