"Combina un material polimérico con un sistema biológico y puede responder a estímulos de maneras que los materiales sintéticos no pueden", explican sus creadores
Lo llamamos "planeta azul", y si bien es cierto que visto desde el espacio este nuestro mundo destaca por la coloración que le dan sus océanos, entre esa enorme cantidad de líquido hay muy poco que nosotros podamos beber con confianza. Se calcula que solo el 3% o 3,5% del agua de la Tierra es dulce y que menos, muchísima menos, resulta apta para el consumo humano. Aunque no lo parezca, el agua fresca en este "punto azul pálido" es un bien tan valioso que la OMS estima que en 2022 al menos 1.700 millones de personas recurrieron a un suministro con contaminación microbiana por heces. Con el riesgo que eso implica.
Ahora un grupo de científicos estadounidenses ha dado con una nueva estrategia que podría ayudarnos a limpiar los contaminantes del agua.
¿Qué ha pasado? Que un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego (UCSD) ha ideado una forma novedosa de eliminar contaminantes del agua, una que, reivindican, destaca por dos grandes razones: su enorme potencial y su carácter "sostenible y ecológico". El sistema es relativamente sencillo. Básicamente lo que plantean Debika Datta y el resto de sus colegas de la institución californiana es aprovechar un "material vivo" impreso en 3D y capaz de eliminar contaminantes orgánicos del agua.
¿Cómo que un "material vivo"? Esa es la expresión que utiliza la propia UCSD tanto en el comunicado en el que presenta el estudio como en un vídeo en el que detallan su funcionamiento. Su propuesta consiste en una estructura impresa en 3D especial, hecha de un polímero a base de algas combinadas con bacterias que antes se modificaron genéticamente para producir una enzima capaz de transformar contaminantes orgánicos en moléculas benignas.
No es su única peculiaridad. Además de eliminar elementos perjudiciales del agua, las bacterias se han diseñado con una propiedad igual de interesante: se autodestruyen cuando entran en contacto con teofilina, una molécula que puede encontrarse en el té y el chocolate. Gracias a esa capacidad la solución de la UCSD permite eliminarlas una vez han cumplido con su misión.
¿Por qué es interesante? Lo explica con claridad Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería de la universidad y uno de los científicos que codirigió la investigación: "Lo innovador es la combinación de un material polimérico con un sistema biológico para crear un material vivo que puede funcionar y responder a estímulos de maneras que los materiales sintéticos normales no pueden". Sus detalles, alcance y potencial los acaban de exponer en detalle en un artículo publicado en Nature Communications.
¿Cómo lo fabricaron? Con ayuda de una impresora 3D y una receta especial. Para crear su "material vivo" los investigadores usaron alginato, un polímero natural derivado de algas marinas que luego se encargaron de hidratar para conseguir un gel y finalmente mezclaron con cianobacterias, un tipo de bacteria fotosintética que habita en el agua. El "cóctel" resultante acabó en una impresora 3D que permitió a los investigadores experimentar con diferentes geometrías para comprobar cuál era el diseño más eficiente. Su conclusión fue que la estructura que más se adaptaba a sus necesidades es la rejilla.
"La forma elegida tiene una alta relación superficie-volumen, lo que coloca a la mayoría de cianobacterias cerca de la superficie del material para acceder a nutrientes, gases y luz. El aumento de la superficie hace que el material resulte más eficaz durante la descontaminación", explica la institución californiana.
¿Es todo teoría? No. A modo de "experimento de prueba de concepto" los investigadores diseñaron e incluyeron en su material unas cianobacterias capaces de fabricar lacasas, enzimas que pueden usarse para neutralizar algunos contaminantes orgánicos, como el bisfenol A, los antibióticos, fármacos y tintes. Luego los científicos utilizaron su material para demostrar que era capaz de "descontaminar" del agua el colorante índigo carmín. El resultado es esperanzador: como se aprecia en las imágenes que incluyen en su artículo de Nature, su solución decoloró un líquido en el que habían aplicado antes el tinte.
¿Y una vez ha cumplido su misión? Esa es otra de las claves de la propuesta de Pokorski, Datta y el resto de sus compañeros. El equipo ideó una estrategia para que una vez hayan eliminado los contaminantes las cianobacterias desaparezcan del agua. ¿Cómo? Las diseñaron para que respondieran de una forma fatal a la teofilina, una molécula que lleva a las bacterias a generar una proteína que destruye sus células. "De esta manera podemos aliviar cualquier preocupación sobre la permanencia de bacterias genéticamente modificadas en el medio" señala Pokorski.
El equipo quiere ir sin embargo más allá para desarrollar materiales capaces de destruirse a sí mismas sin la necesidad de ayudas químicas extras cuando hayan cumplido su función. "Nuestro objetivo es fabricar materiales que respondan a estímulos que ya están presentes en el medio ambiente", abunda el experto.
Y todo esto... ¿Para qué? Para lograr un método capaz de limpiar agua contaminada. Y eso son palabras mayores. En el mundo hay 6.000 millones de personas con acceso a servicios de agua potables y sistemas de distribución seguros, una cifra esperanzadora, pero que deja fuera a otro amplio sector de más de 2.200 millones que no disfrutan de esa tranquilidad. Y entre ellos más de 400 millones se ven obligados a sacar agua de pozos y manantiales sin protección o directamente recolectarla de lagos, estanques, ríos y arroyos en los que no reciben tratamiento alguno.
El problema es tan grave y tiene tal alcance que el acceso a universal y equitativo a fuentes de agua seguras y asequibles es uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Gracias a la UCSD esa meta podría estar ahora un poco más cerca.
Imagen de portada: University of California
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