Científicos chilenos descifran la «turbulencia activa» para programar bacterias como microrrobots
Tiempo de lectura: 2 minutos Un estudio de la Universidad de Chile revela los factores clave que gobiernan el movimiento colectivo de las bacterias, abriendo la puerta al desarrollo de «robots biológicos» con aplicaciones en medicina, industria y medioambiente.
La ciencia chilena ha dado un paso más en la posibilidad de programar el comportamiento de las bacterias para que funcionen como pequeños robots biológicos. Un nuevo estudio liderado por investigadores del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile logró descifrar factores clave que gobiernan la «turbulencia activa», es decir, el movimiento caótico y coordinado que exhiben las bacterias cuando se encuentran en altas concentraciones.
La investigación fue desarrollada en el marco de la tesis doctoral de Cristian Villalobos-Concha, junto a los académicos María Luisa Cordero y Rodrigo Soto. Sus hallazgos no solo profundizan en la comprensión de la «materia activa», sino que también sientan las bases para su manipulación con fines tecnológicos.
«Cada bacteria perturba el fluido circundante a través de los flujos generados por su autopropulsión. Comprender las propiedades genéricas conferidas por esta situación fuera del equilibrio es clave para numerosas aplicaciones biológicas o biotecnológicas«, redactó el estudio.
Un laboratorio en una gota de agua
Para entender este complejo fenómeno, los físicos intentaron durante años descifrar las reglas que rigen este aparente caos. Según explica la Dra. María Luisa Cordero, las bacterias se mueven para buscar nutrientes o escapar de peligros. «Al estar muy concentradas, empiezan a generar movimientos colectivos que recuerdan a las turbulencias que vemos en el aire, a escalas mucho más grandes que una bacteria. Uno no esperaría este tipo de comportamiento a estas escalas».
Para lograr los resultados, los investigadores diseñaron un experimento para revelar estas propiedades. Confinaron a las bacterias dentro de una minúscula gota de 100 micrómetros de diámetro, el equivalente al grosor de un cabello humano. En lugar de observar directamente a las bacterias, introdujeron una partícula que actuó como un «sensor», permitiéndoles medir cómo el enjambre bacteriano movía el líquido a su alrededor.
«Las bacterias no solamente nadaban, sino que además, movían esta partícula que estaba al interior de la gota», explicó Cordero.
¿Medicina del futuro?
El principal descubrimiento fue que el movimiento colectivo no solo depende de la velocidad o la cantidad de bacterias, sino también de factores externos, como el tamaño de la gota y de la partícula «sensor». En esencia, el espacio disponible y los bordes del contenedor influyen directamente en el comportamiento.
¿Por qué es tan importante este avance? La profesora Cordero comparó a las bacterias con un «diminuto robot» que posee una suerte de «motor interno», alimentado por nutrientes. «Imaginemos que ponemos bacterias que producen insulina en una gota: si somos capaces de manejar la energía que están inyectando, entonces puedo trasladar esa gota a un lugar donde se podría ocupar esa insulina para personas que sufren diabetes, por ejemplo».
Estos hallazgos sobre el movimiento bacteriano confinado permitirán desarrollar modelos más precisos para estudiar sistemas complejos, con aplicaciones futuras que van desde simulaciones computacionales hasta el diseño de nuevos biosensores, microrreactores y dispositivos con aplicaciones industriales, médicas y medioambientales.
