Bioprotónica

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Bioprotónica

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next, donde se publicó originalmente

Una proteína presente en la piel del calamar resulta ser un buen conductor de protones, según un grupo de investigadores de la Universidad de California en Irvine. Usando este material, que es robusto y fácil de producir, han fabricado un transistor protónico que podría ser la interfaz entre sistemas biológicos y electrónicos. Publican sus resultados en Nature Chemistry.

Los protones pueden circular por redes de moléculas unidas por enlaces de hidrógeno, como las que forman el agua y otras moléculas, mediante un mecanismo que se propuso hace 200 años. El hecho cierto es que los organismos vivos usan tanto protones como iones como señales eléctricas, lo que les permite por ejemplo regular procesos como la contracción de los músculos. Esto presenta una dificultad para los especialistas en bioelectrónica ya que, como su nombre indica, esta tecnología se basa en el flujo de electrones.

En 2011un equipo de la Universidad de Washington en Seattle presentó un transistor protónico hecho a partir de quitosano maleico, un polisacárido. Si bien funciona correctamente, es un material difícil de modificar con objeto de introducir características concretas que se parezcan a la de seres vivos.

El equipo de Irvine se centró en construir un transistor protónico pero a partir de proteínas. Una de las posibilidades fue estudiar la piel del calamar en busca de las proteínas adecuadas. Como es sabido, la piel del calamar puede cambiar de color como mecanismo de defensa, para mimetizarse con el entorno, pero también lo hace cuando se le aplica un voltaje. Esto llevó a los investigadores a investigar la reflectina, una proteína estructural de la piel del calamar Doryteuthis pealeii.

Con objeto de obtener cantidades suficientes de reflectina lo suficientemente pura, el equipo de investigadores reprogramó bacterias Escherichia coli para que expresaran la proteína. A partir de esta materia prima produjeron películas delgadas de reflectina sobre sustratos de silicio con electrodos en los extremos, observando la relación entre intensidad de corriente y voltaje en distintas condiciones. La reflectina conducía protones tan bien como la mayoría de los conductores artificiales, estructuras metalo-orgánicas incluidas.

Los investigadores fabricaron un transistor protónico usando el sustrato como compuerta. La aplicación de un voltaje a esta compuerta modifica la cantidad de protones en la película de reflectina, modulando de esta manera su conductividad. Es análogo a los canales iónicos regulados por voltaje que poseen las neuronas y otros sistemas biológicos. Un dispositivo como este permitiría “hablar” con una célula en términos de flujo de iones entre la célula y el dispositivo.

El uso de proteínas puede facilitar mucho el cumplir con determinadas necesidades de la bioingeniería. Por ejemplo, se podrían hacer efectivas ciertas funcionalidades que asemejarían los dispositivos a semiconductores con sólo diseñar adecuadamente la estructura proteica.

A pesar de los esfuerzos de la bioelectrónica, el futuro es muy posible que sea de la bioprotónica.

Referencia:

Ordinario et al (2014). Bulk protonic conductivity in a cephalopod structural protein, Nature Chemistry, DOI:

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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