Due tipi di batteri sono stati impiegati per la costruzione di madreperla artificiale: un nuovo materiale con possibilità nella medicina e nell’ingegneria, le cui applicazioni potrebbero persino superare i confini del nostro pianeta.
La madreperla è un materiale estremamente resistente, dalle proprietà straordinarie che gli scienziati cercano da tempo di ricreare artificialmente. E ci sono anche riusciti, ma con metodi complessi, costosi e con enorme dispendio di energia. Ora, una biologa dell‘università di Rochester ha scoperto come semplificare le cose, affidando il grosso del lavoro a qualcuno che lo ha svolto velocemente e senza fare storie. Si è fatta aiutare da due tipi di batteri, che riescono a riprodurre la caratteristica struttura a strati della madreperla, in maniera rapida e soprattutto economica. Le possibilità per il nuovo materiale sono moltissime, dall’ingegneria alla medicina, dalla Terra alla… Luna! I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Small.
Perché la madreperla
È lo strato interno della conchiglia di alcuni molluschi e quello più esterno che ricopre le perle, conferendo loro la caratteristica lucentezza.
È composta da strati di carbonato di calcio immersi in una matrice organica che contiene polimeri vari, come la beta-chitina o la lustrina. Ma la madreperla non è solo gradevole alla vista; ha anche una serie di proprietà che la rendono estremamente funzionale. Una durezza e rigidità eccezionali e una struttura a strati che consente di disperdere uniformemente l’energia attraverso il materiale lo rendono particolarmente resistente.
Una sfida per gli scienziati dei materiali
Come spesso accade, anche in questo caso l’idea era quella di ispirarsi a un materiale presente in natura, la madreperla, per realizzare prodotti sintetici con proprietà simili. Ma fino ad ora i risultati avevano lasciato a desiderare. Benché siano stati realizzati un certo numero di materiali con una resistenza paragonabile a quella della madreperla, il vero problema rimangono i metodi di produzione: complessi, costosi, adoperano spesso temperature o pressioni estreme e persino sostanze tossiche. Si può fare di meglio e la soluzione viene ancora una volta dalla biotecnologia.
Batteri ingegneri
Laddove noi non fossimo in grado, ci sarà sempre un piccolo e infaticabile batterio con la soluzione al nostro problema. In questo caso i batteri sono due, un vero e proprio gioco di squadra: Sporosarcina pausterii e Bacillus licheniformis. A scoprire le loro capacità ingegneristiche è stata la biologa Anne S. Meyer, dell’università di Rochester.
Ci vuole veramente poco, bastano due passaggi. Prima si immerge una lastra in vetro o plastica in un contenitore insieme S. pausterii e urea. Il batterio è una fonte di calcio e la combinazione con urea determina la cristallizzazione del carbonato di calcio. Dopodiché, si trasferisce la lastra in una soluzione di B. licheniformis, che penserà a “costruire” la matrice organica. Per produrre un singolo strato dello spessore di circa 5 micrometri, gli alacri batteri impiegano solo un giorno e l’unica cosa di cui hanno bisogno per iniziare è l’urea, un prodotto di scarto che noi esseri umani produciamo abbondantemente ogni giorno.
Le applicazioni
Questa specie di madreperla prodotta dai batteri ha più di un vantaggio. È biocompatibile, proprio perché costruita a partire da elementi naturalmente prodotti o che possono essere ingeriti dal corpo umano. È quindi indicata per le applicazioni mediche, come ossa artificiali o impianti. Benché mantenga tutte le caratteristiche della madreperla originale, è anche sorprendentemente estensibile e adatta a molteplici usi in campo ingegneristico.
Le applicazioni di questo nuovo materiale potrebbero persino superare i confini del nostro pianeta. Le sue qualità lo rendono un buon candidato per la costruzione di edifici extraterrestri, ad esempio sulla Luna. La polvere lunare è già ricca di calcio; basterebbe portare batteri e urea per iniziare a produrre gli strati. Chissà, se un giorno colonizzeremo il nostro satellite, forse il merito sarà anche dei batteri.
Fonte:
Spiesz, E. M. et al. (2019). Bacterially Produced, Nacre‐Inspired Composite Materials. Small https://doi.org/10.1002/smll.201805312