Kan fremtidens huse laves af bakterier?

Tænk, hvis vi kunne dyrke en bygning, som koralpolypper dyrker et rev, eller hvis levende celler i vores tøj kunne nedbryde sved og kropslugt. Forestil dig kolonier af bakterier på rumstationer producerede glødetråden til 3-D-printere. Forestil dig, at materialer, vi bruger hver dag, kan reparere sig selv.

Det lyder som science fiction, men Neel Joshi, en lektor i kemi og kemisk biologi ved Northeastern, mener, at sådanne bedrifter er opnåelige. Og National Science Foundation er enig.

Konstruerede levende materialer - stoffer lavet af eller af omprogrammerede celler - kunne forbedre og erstatte plastik, beton, og andre materialer, der i øjeblikket er fremstillet med mere standard fremstillingspraksis, siger Joshi.

"Kulstofaftrykket af materialer fremstillet til hele vores byggede miljø er enormt, " Joshi siger. "At være i stand til at mindske det ved at følge modellen for, hvordan biologi bygger ting, bliver meget vigtigt."

denne idé, indsendt af Joshi og hans team, er blevet udvalgt som hovedpræmievinder i National Science Foundations 2026 Idea Machine-konkurrence, som søgte "store udfordringer" for at hjælpe med at forme den amerikanske forskningsdagsorden i de kommende år. Holdets forslag var en af ​​fire hovedpræmievindere udvalgt blandt tæt på 800 bidrag.

Ideen om at bruge bakterier til at bygge ting er ikke så vild, som den kan se ud, siger Joshi. Biofremstillingsindustrien bruger allerede mikrober til at fremstille dufte, vitaminer, lægemidler, og andre nyttige molekyler. Og der er et par større materialer, der også bliver skabt af levende celler.

"Nogle af vores komposterbare plastik, som du kan finde i cafeteriet, er lavet af polymerer, der er høstet fra mikrober, " siger Joshi. "Det er et skridt i den rigtige retning. Men der er meget få eksempler på den slags materialer, og de dækker heller ikke rigtig den brede vifte af materialeegenskaber, som vi ønsker. Den virkelige vision for konstruerede levende materialer er at gå ud over det og programmere celler til at lave funktionelle materialer og varer direkte, omgå traditionel fremstillingspraksis."

At få levende celler til at bygge et sammenhængende materiale, i modsætning til et molekyle, er mere udfordrende, men dette sker jævnligt i naturen. Nogle kolonier af mikroorganismer skaber glat, limlignende lag kaldet biofilm for at beskytte sig selv – tænk på pladen på dine tænder eller slimet på en flodklippe – og disse mekanismer kunne tilpasses til at skabe ting som vandtætte belægninger eller plastiklignende materialer.

I øjeblikket, vi laver omkring 300 millioner tons plastik hvert år, og langt størstedelen af ​​det bliver ikke genbrugt. Plast nedbrydes ikke rigtigt i miljøet, og forskere leder efter måder at tackle det voksende problem med plastikaffald på. Materialer fremstillet af celler er meget mere tilbøjelige til at være biologisk nedbrydelige, siger Joshi.

"Biologi er meget god til at omdanne ting, der var nyttige i én form, til en anden form og genbruge alle de samme råmaterialer til at lave noget andet, " siger Joshi. "Alt, hvad du laver fra et levende system, vil sandsynligvis være mere nedbrydeligt end plastik."

Joshi og hans kolleger arbejder allerede på flere nye materialer i deres laboratorium, herunder plastiklignende stoffer skabt af bakterier.

"At lære af naturen har været en del af denne forskning, " siger Avinash Manjula Basavanna, en postdoc-forsker, der har haft fokus på at skabe bioplast. "Men dette er et skridt foran typisk biomimik. Vi udvikler biologi til at tilpasse materialer til, hvad vi ønsker."

Gruppen justerer også en biofilm skabt af E. coli-bakterier, så den har forskellige egenskaber. Bakterierne kan bruges til at skabe et beskyttende lag i tarmen på en person med Crohns sygdom eller colitis, vejledende heling af læsioner og betændte områder.

"I de næste 10 år, vi vil tale om at bruge mikrober til at producere materialer til forskellige applikationer ud over, hvad vi overhovedet kan forestille os lige nu, " siger Anna Duraj-Thatte, en postdoc-forsker i laboratoriet. "Dette er blot begyndelsen."