Fig. 1: Schema’s van de ontwerpstrategie, productie en functionele toepassingen van microbiële inkt. a E. coli is genetisch gemanipuleerd om microbiële inkt te produceren door α (knop) en γ (gat) eiwitdomeinen, afgeleid van fibrine, te fuseren tot de belangrijkste structurele component van curli-nanovezels, CsgA. Na uitscheiding assembleren de CsgA-α- en CsgA-γ-monomeren zichzelf tot nanovezels die verknoopt zijn door de knop-gat-bindingsinteractie. b De knop- en gatdomeinen zijn afgeleid van fibrine, waar ze een sleutelrol spelen bij supramoleculaire polymerisatie tijdens de vorming van bloedstolsels. c Het protocol voor het produceren van microbiële inkt uit de gemanipuleerde eiwit-nanovezels omvat een standaard bacteriecultuur, beperkte verwerkingsstappen en geen toevoeging van exogene polymeren. Microbiële inkt werd 3D-geprint om functionele levende materialen te verkrijgen. Krediet: DOI: 10.1038/s41467-021-26791-x
Een team van onderzoekers van Harvard University en Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, heeft een soort levende inkt ontwikkeld waarmee levende materialen kunnen worden geprint. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie, beschrijft de groep hoe ze hun inkt hebben gemaakt en het mogelijke gebruik ervan.
Sinds enkele jaren werken microbiële ingenieurs aan de ontwikkeling van een middel om levende materialen te creëren voor gebruik in een breed scala aan toepassingen, zoals medische apparaten. Maar het is een ontmoedigende taak gebleken om dergelijke materialen te laten voldoen aan de gewenste 3D-structuren. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers een nieuwe benadering gekozen om het probleem aan te pakken: het ontwikkelen van Escherichia coli om een product te produceren dat kan worden gebruikt als basis voor een inkt voor gebruik in een 3D-printer.
Het werk begon met het bio-engineeren van de bacteriën om levende nanovezels te produceren. De onderzoekers bundelden vervolgens de vezels en voegden andere ingrediënten toe om een soort levende inkt te produceren die in een conventionele 3D-printer zou kunnen worden gebruikt. Toen ze het concept eenmaal levensvatbaar vonden, heeft het team andere microben bio-engineered om andere soorten levende vezels of materialen te produceren en deze aan de inkt toe te voegen. Vervolgens gebruikten ze de inkt om 3D-objecten met levende componenten te printen. Een daarvan was een materiaal dat azurine afscheidde – een geneesmiddel tegen kanker – wanneer het werd gestimuleerd door bepaalde chemicaliën. Een ander voorbeeld was een materiaal dat bisfenol A (een toxine dat zijn weg naar het milieu heeft gevonden) sekwestreerde zonder hulp van andere chemicaliën of apparaten.
De onderzoekers geloven dat hun concept suggereert dat het produceren van dergelijke inkten een zelfcreërende propositie zou kunnen zijn. Er zou engineering aan de microben kunnen worden toegevoegd om ze ertoe aan te zetten kopieën van zichzelf te maken – de inkt zou letterlijk in een pot kunnen worden gekweekt. Ze stellen ook dat het mogelijk lijkt dat de techniek kan worden gebruikt om hernieuwbare bouwmaterialen te printen die niet alleen zouden groeien, maar ook zichzelf zouden kunnen genezen – een mogelijke benadering voor het bouwen van zelfvoorzienende huizen hier op aarde, of op de maan of op Mars.
Anna M. Duraj-Thatte et al, Programmeerbare microbiële inkt voor 3D-printen van levende materialen geproduceerd uit genetisch gemanipuleerde eiwit-nanovezels, Natuurcommunicatie (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26791-x
Natuurcommunicatie
