Un equipo de investigadores desarrolla un chip que captura la materia oscura microbiana en el aire, el agua y el suelo: una nueva herramienta para la biotecnología y la medicina.
En astronomía, se llama materia oscura a una forma desconocida de materia, que nunca ha podido ser detectada directamente ni examinada, pero que paradójicamente es más abundante incluso que la materia normal de la cual está hecho nuestro mundo y todo lo que conocemos. Por analogía, el término también se aplica desde hace algunos años a todos aquellos microbios que no pueden ser cultivados en laboratorio y a los que, por lo tanto, ha resultado muy difícil estudiar o incluso imposible. Los microbios de este tipo son también más abundantes que los que sí son cultivables, tal como ocurre con la materia oscura astronómica. Materia oscura microbiana.
A pesar de que a simple vista no los vemos, los microbios se encuentran en prácticamente todos los ambientes posibles, incluso en aquellos donde la vida tal y como la conocemos puede ser realmente difícil. El hecho de que su presencia no sea tan evidente como la de los organismos macroscópicos los hizo ser invisibles durante mucho tiempo. No fue hasta el siglo XVII cuando se tuvo la primera evidencia de su existencia. Antonie van Leeuwenhoek fue capaz de visualizarlos inventando los primeros microscopios. Sin embargo, tuvieron que pasar dos siglos hasta que la generación de Pasteur y Koch, padres de la microbiología, pudieran cultivarlos en un laboratorio.
Desde los intestinos humanos hasta el fondo del mar, los microorganismos pueblan casi cualquier hábitat, por muy hostil que sea. Su amplia gama de estrategias de supervivencia tiene un enorme potencial en biotecnología. La mayoría de estos organismos, sin embargo, son desconocidos, porque no pueden cultivarse y forman parte de esa materia oscura biológica.
Para poder capturar esta materia oscura, estudiarla y, si es el caso, aprovechar para fines prácticos lo que se descubra en ella, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) en Alemania han desarrollado ahora una pequeña «esponja» hecha de una silicona porosa especial, adaptada de la silicona de uso médico. El material atrapa, sin destruirlos, a los microorganismos del entorno, que pueden entonces ser examinados.
«Es bastante sorprendente que nadie haya pensado en usar silicona médica para el asentamiento de bacterias», dice Christof Niemeyer, profesor de Biología Química en el Instituto de Interfaces Biológicas-1 de KIT. “Las ventajas son obvias», señala el profesor.
El polímero especial utilizado, por ejemplo, para los implantes mamarios, no interactúa con su entorno. Se puede modificar fácilmente, es duradero y económico. Niemeyer y su equipo lo encontraron por casualidad. Los resultados superaron sus expectativas, dice el químico. «El material puede absorber microorganismos del ambiente, sin importar qué tan húmedo o seco esté. Para este propósito, la silicona tuvo que ser procesada hasta obtener una estructura porosa similar a una esponja», explica.
Los experimentos revelaron que esta esponja de silicona captura una gran variedad de microorganismos en sus orificios. Del aire seco de una granja avícola, la esponja capturó microorganismos que el equipo identificó como microbios útiles para la producción de antibióticos y que también pueden servir para producir otros fármacos.
Algo similar sucedió cuando la esponja de silicona se sumergió en una piscina para cultivar lucioperca. Los investigadores encontraron muchas bacterias pertenecientes al grupo de radiación Candidate phyla, muchas más que en el material convencional disponible comercialmente. «Estos microorganismos representan alrededor del 70 por ciento de la materia oscura microbiana, ya que hasta ahora no han sido cultivables», explica la profesora Anne-Kristin Kaster. Con su equipo en el Instituto KIT para Interfaces Biológicas-5, analizó los microorganismos capturados utilizando la última tecnología de secuenciación.
El equipo también demostró que la esponja puede enriquecer bacterias seleccionadas, si se prepara en consecuencia. Por ejemplo, los microorganismos que procesan el glifosato fueron «atraídos» a la esponja usando este pesticida. Y en contacto con muestras de suelo, el material poroso fue colonizado por microbios en unos pocos días.
Para hacer que la silicona médica fuera habitable para los microorganismos, los investigadores tuvieron que procesar el material de una forma nueva. El equipo agregó sal de mesa al polímero, que luego se disolvió nuevamente. Como resultado, se desarrollaron pequeños agujeros conectados por pequeños pasajes. Se obtuvo la estructura esponjosa deseada. Para las aplicaciones, los investigadores luego formaron un «chip». Esta pequeña unidad consta de la misma silicona que la esponja, pero en su forma homogénea en lugar de porosa.
«El chip de silicona, que es la combinación de esponja y chip, se puede producir fácilmente con métodos estándar en casi cualquier tamaño y cantidad», dice Niemeyer. «La sólida herramienta de investigación obtenida se puede utilizar en casi cualquier entorno. Todo indica que este chip es muy adecuado para la investigación sistemática de la materia oscura microbiana. Abre opciones interesantes para el cultivo de microorganismos que no se podían cultivar hasta ahora.» concluye.
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