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Magnetite batterica per i biocomputer e i farmaci target di domani

AUTORE:
Ines Macchiarola
PUBBLICATO IL:
4 Settembre 2012
Scienza e Tecnologia //

Magneto spirillum magneticum (st)
I ricercatori dell’Università di Leeds insieme alla ‘Tokyo University of Agriculture and Technology‘, hanno sperimentato nel Regno Unito l’utilizzo di un batterio ‘mangia ferro’ per creare una superficie di magneti simili a quelli trovati nei tradizionali dischi rigidi e di cablaggio, allo scopo di costruire minuscoli componenti simili a quelli dei Personal Computer convenzionali, o ipotizzare il loro utilizzo per la costruzione del biocomputer del futuro. Questa ricerca è finanziata dalla ‘Engineering and Physical Sciences Research Council’ (EPSRC), dalla ‘Biotecnology and Biological Sciences Research Council’ (BBSRC), e della Royal Society Newton (Sistema Internazionale di borse di studio).

L’attore principale è il batterio, ‘Magnetospirillum magneticum’, un microrganismo che vive in ambienti subacquei, e che utilizza questa sua proprietà naturale per nuotare su e giù per le linee del campo magnetico della Terra in cerca di ossigeno. Il Magnetospirillum è un Gram-negativo, microaerofilo isolato da acqua di stagno dal microbiologo R.P. Blakemore, nel 1975. La sua una morfologia è caratterizzata da spirilli elicoidali, dotati in ciascuna estremità di un flagello polare che gli consente una certa motilità verso condizioni favorevoli di concentrazione di ossigeno (aerotassi).

L’habitat ideale è rappresentato da sedimenti superficiali di acqua dolce, che favoriscono un ambiente anossico con un gradiente di ossigeno ideale tra l’uno e il tre percento. La caratteristica peculiare del Magnetospirillum è la sua capacità di orientarsi secondo il campo magnetico terrestre, una capacità definita: “magnetotassi”. Questa si ottiene per la presenza nel citoplasma batterico di speciali organelli detti magnetosomi. Quando i batteri ingeriscono il ferro, le proteine all’interno dei corpuscoli interagiscono con esso fino alla produzione di piccoli cristalli di magnetite, uno dei minerali più magnetici del pianeta Terra.

La purificazione dei magnetosomi viene realizzata mediante l’uso di una colonna di separazione magnetica dopo interruzione della membrana cellulare. Quando si aggiunge un detergente sui magnetosomi purificati, questi tendono a disporsi in modo aggregato piuttosto che in forma di catena. I cristalli magnetici si considera avere un elevato potenziale per produrre nastri magnetici e farmaci target.

Alimentando i batteri con ferro e manipolando il loro modo di colonizzare, i ricercatori pensano di poter produrre piccoli magneti, che potrebbero servire come componenti di hard disk del futuro. “Stiamo rapidamente raggiungendo i livelli della tradizionale produzione di componenti elettronici per computer puntando a farli diventare più piccoli. Le macchine che abbiamo utilizzato e costruito fino ad ora sono goffe, e tramite questi piccoli batteri la Natura ci ha fornito lo strumento perfetto per aggirare questo problema. ” Ha dichiarato il Dottor Staniland.

Prototipo (st)
Per la precisione la matrice magnetica è stata creata da Johanna Galloway, titolare del dottorando di ricerca alla Leeds, utilizzando una proteina che crea perfetti nanocristalli di magnetite all’interno del Magnetospirilllum Magneticum. Su una scala molto più piccola, questa proteina è attaccata ad una superficie d’oro in uno schema a scacchiera, e posta in una soluzione contenente ferro.
Ad una temperatura di 80 °C, sulle sezioni della superficie coperta dalla proteina, si formano cristalli di magnetite tutti di dimensioni simili. La squadra di ricerca stanno lavorando alla riduzione delle dimensioni di queste isole di magneti, in modo da ottenere singole matrici di nanomagneti. Questi ulteriori sviluppi consentiranno a ciascuno dei nanomagneti di contenere un bit di informazione per permettere la costruzione di migliori dischi rigidi.

“L’applicazione del metodo ‘top-down’ usato ora per operare la riduzione dimensionale dei magneti partendo da un frammento più grande per produrne tanti e delle stesse dimensioni e forma è un processo complesso e laborioso – ha osservato Johanna Galloway. “l’approcio metodologico ideato a Leeds, invece, fa fare tutto il duro lavoro alle proteine dei batteri ‘mangia ferro’, capaci di aggreagre le fonti di ferro, creare la magnetite in cubetti di regolari dimensioni.

Il team della ‘Tokyo University of Agriculture and Technology’, guidato dal dottor Masayoshi Tanaka, ha lavorato invece su una proteina diversa per la produzione di piccoli fili elettrici che permettono lo scambio di informazioni attraverso le membrane cellulari, consentendo la comunicazione su scala nanometrica all’interno di un computer costituito da cellule biologiche.

Poiché questi “fili” sono dei veri e propri nanotubi dotati di resistenza elettrica che passano attraverso la parete cellulare, nella condizione in cui restano ancora coperti dalla membrana cellulare, sono altamente biocompatibili. Quando la linea tra l’elettro-meccanico e biologico diventa così sottilesi aprono enormi orizzonti applicativi verso la costruzione di computer biocompatibili che potrebbero essere di aiuto nella chirurgia umana, o convivere in modo permanente all’interno del corpo umano.

Questi nanotubi sono costituiti da ‘punti quantici’, in particolare da particelle di solfuro di rame, indio e solfuro di zinco, che si illuminano quando si fornisce elettricità, e racchiusi da molecole lipidiche. Il processo di produzione è lo stesso che i magnetospirillum usano per produrre magneti: una proteina utilizza i lipidi di membrana cellulare per costruire nanotubi. Il Dottor Tanaka sostiene di poter conferire ai fili biologici una resistenza elettrica tanto da coltivarli in scala come componenti del biocomputer del futuro.

Poiché questi “fili” sono dei veri e propri nanotubi dotati di resistenza elettrica che passano attraverso la parete cellulare, nella condizione in cui restano ancora coperti dalla membrana cellulare, sono altamente biocompatibili. Quando la linea tra l’elettro-meccanico e biologico diventa così sottilesi aprono enormi orizzonti applicativi verso la costruzione di computer biocompatibili che potrebbero essere di aiuto nella chirurgia umana, o convivere in modo permanente all’interno del corpo umano.

Fonte:
1) A comparative study of magnetic properties between whole cells and isolated magnetosomes of Magnetospirillum magneticum AMB-(http://www.igg.cas.cn/xwzx/yjcg/200912/W020091224316129879846.pdf )

2) http://www.leeds.ac.uk/news/article/3181/bacterial_builders_on_site_for_computer_construction

Legenda:
1) L’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) è la principale agenzia del Regno Unito che finanzia la ricerca in ingegneria e scienze fisiche, investendo circa 800 milioni di sterline l’anno in ricerca e formazione post-laurea, per aiutare la nazione a preparare la prossima generazione al cambiamento tecnologico. (www.epsrc.ac.uk)

2) La ‘Biotecnology and Biological Sciences Research Council’ (BBSRC) è una struttura finanziata dal governo del Regno Unito che con un budget annuale di circa 445 milioni di euro vuole promuovere lo sviluppo e l’innovazione nel settore delle bioscienze. (www.bbsrc.ac.uk)

(A cura di Ines Macchiarolainesmacchiarola1977@gmail.com)

1 commenti su "Magnetite batterica per i biocomputer e i farmaci target di domani"

  1. The total water demand for agriculture, domestic and industrial sectors of India in 1995
    was estimated to be about 650 KM3, of this about 90% is withdrawn for agriculture sector. Recovery in industrial performance and fiscal incentives initiated by the government of India during the global slowdown has led to a substantial growth in the overall economy and also agricultural sector. After the price has dropped, those farmers would not plant that crop again.

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