Τεχνητή μαργαρόρριζα με τη βοήθεια βακτηρίων

Μια ομάδα βιολόγων στο Πανεπιστήμιο του Rochester εφηύρε ένα οικονομικό και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο να δημιουργήσουν τεχνητή μαργαρόρριζα με ένα καινοτόμο μέσο, με βακτήρια.

Η μαργαριταρρόριζα ή μαργαρόρριζα,  ή μαρμαροκόγχη (nacre) είναι το εσωτερικό τμήμα του μαργαριτοφόρου οστράκου και αποτελείται, όπως και το μαργαριτάρι, από μάργαρο.

Εκτός από τη χρήση της στην κοσμηματολογία έχει μοναδικές μηχανικές ιδιότητες χάρη στη δομή της που είναι ιεραρχικά διατεταγμένη σε στιβάδες που επιτρέπει την ενέργεια να διασκορπιστεί ισόποσα σε όλο το μήκος του υλικού. Καθώς επίσης είναι σκληρή και πυκνή αλλά και εύκαμπτη ταυτόχρονα. Γι' αυτό μπορεί να έχει εφαρμογές στην ιατρική, τη μηχανολογία ακόμα και στην κατασκευή κτιρίων στο Φεγγάρι.

Δεν είναι η πρώτη φορά που γίνονται προσπάθειες παραγωγής συνθετικής μαργαρόρριζας, αλλά οι προηγούμενες μέθοδοι απαιτούσαν ακριβό εξοπλισμό και εφαρμογή ακραίων θερμοκρασιών, υψηλών πιέσεων ακόμη και τη χρήση τοξικών χημικών. Συνήθως χρησιμοποιούνταν πολυμερή που είναι διαλυτά μόνο σε οργανικούς διαλύτες και στο τέλος αφήνουν ένα μεγάλο όγκο αποβλήτων.

Στη νέα πρωτοποριακή μέθοδο το μόνο που έχουν να κάνουν είναι να καλλιεργήσουν τα βακτήρια και να τα αφήσουν σε ένα θερμό περιβάλλον. Για την παραγωγή τεχνητής μαργαρόρριζας χρησιμοποιούνται δύο στελέχη βακτηρίων για να δημιουργήσουν τις στιβάδες. Και η ανάλυση της τεχνητής δομής στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έδειξε ότι ήταν όμοια με τη φυσική που εναποτίθεται στα μαλάκια.

Πώς παράγουν τα βακτήρια τη μαργαρόρριζα

Η περιεκτικότητα της μαραγρρόριζας είναι ≈95% κατά βάρος ανθρακικό ασβέστιο και το υπόλοιπο υλικό είναι μια πολύπλοκη μήτρα από πρωτεΐνες όπως β‐chitin, lustrin.

Η δομή της συνίσταται από πλάκες ανθρακικού ασβεστίου διασυνδεδεμένες με την οργανική μήτρα, δημιουργώντας μια σύνθετη ιεραρχική διάταξη.

Η δομή της συνθετικής μαργαρόρριζας από βακτήρια δε διαφέρει από τη φυσική και αποτελείται και αυτή από αλλεπάλληλες λεπτές στρώσεις κρυσταλλοποιημένου ανθρακικού ασβεστίου.

Για την παραγωγή της, οι βιολόγοι τοποθέτησαν σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα βακτήρια Sporosarcina pasteurii, μια πηγή ασβεστίου και ουρία. Ο συνδυασμός αυτός επάγει την κρυσταλλοποίηση του ανθρακικού ασβεστίου. Κατόπιν για τη δημιουργία της στιβάδας πολυμερούς προσθέτουν ένα διάλυμα που περιέχει βακτήρια Bacillus licheniformis, και αφήνουν το τελικό διάλυμα στο εκκολαπτήριο.

Τα πλεονεκτήματα της τεχνητής μαργαρόρριζας

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της τεχνητής μαργαρόρριζας είναι ότι συντίθεται από βιοδιασπώμενα υλικά. Υλικά που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα, όπως η ουρία, και η πηγή ασβεστίου.

Για αυτό είναι και κατάλληλα για χρήση στην ιατρική, για τεχνητά οστά και μοσχεύματα. Αν κάποιος σπάσει το χέρι του μπορεί να χρειαστούν μεταλλικές βίδες για να θρέψει σωστά και μετά να αφαιρεθούν με δεύτερο χειρουργείο. Η τεχνητή μαργαρόρριζα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με τα ίδια αποτελέσματα χωρίς να απαιτείται η αφαίρεσή της αφού μπορεί να την απορροφήσει το σώμα.

Μπορεί επίσης να αντικαταστήσει τις πλαστικές συσκευασίες στη βιομηχανία τροφίμων.

Γιατί είναι κατάλληλη η μαργαρρόριζα για κατασκευές στη Σελήνη

Υλικά σκληρά, πυκνά (πυκνότερα από τα περισσότερα πλαστικά) και ταυτόχρονα ελαφριά είναι πολύτιμα στην κατασκευή μεταφορικών μέσων, όπως αεροπλάνων, πλοίων και πυραύλων, οχήματα που κάθε επιπλέον γραμμάριο σημαίνει και επιπλέον καύσιμα. Παράλληλα, η επένδυση με μαργαρόρριζα προστατεύει το σκάφος από τη διάβρωση, αποτρέποντας τη δημιουργία ρογμών.

Μια άλλη πιθανή χρήση της είναι στις κατασκευές των αστροναυτών σε άλλους πλανήτες καθώς οι αστροναύτες για να τη συνθέσουν χρειάζονται μόνο ένα μικρό δοκιμαστικό σωλήνα με μια καλλιέργεια βακτηρίων. Για πηγή ασβεστίου θα έχουν την άμμο της Σελήνης που είναι πλούσια σε ασβέστιο. Και ουρία συνθέτει το σώμα τους.

 

--

Πηγές:

  1. Researchers create artificial mother-of-pearl using bacteria. April 18, 2019 rochester.edu
  2. Spiesz, E. M., Schmieden, D. T., Grande, A. M., Liang, K., Schwiedrzik, J., Natalio, F., ... & Meyer, A. S. (2019). Bacterially Produced, Nacre‐Inspired Composite Materials. Small, 1805312. 

Χρησιμοποιούμε cookies που μας επιτρέπουν μια σειρά από λειτουργίες που ενισχύουν την εμπειρία σας στην ιστοσελίδα μας.
Κάνοντας κλικ στο "Συμφωνώ" ή συνεχίζοντας να χρησιμοποιείται την ιστοσελίδα bioximikos.gr συμφωνείτε με τη χρήση cookies.