Internacional. Investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins (APL) en Laurel, Maryland, desarrollan una proteína pintable no tóxica y respetuosa con el medio ambiente que inhibe el ensuciamiento. El equipo de APL publicó sus resultados en el Journal of Coatings Technology and Research.
Los revestimientos antiincrustantes, que ralentizan el crecimiento de organismos, suelen depender de la toxicidad del cobre y de los aditivos de moléculas pequeñas que actúan como pesticidas en el agua cerca del casco de un barco.
Las pinturas venenosas se filtran en el agua de mar y destruyen la vida acuática. Los investigadores han identificado proteínas activas, o enzimas, como posibles agentes antiincrustantes no tóxicos.
"Muchos animales marinos no quieren estar cubiertos de bioincrustaciones y han desarrollado enzimas para protegerse", afirmó el líder del proyecto Reid Messersmith, ingeniero molecular en el Departamento de Investigación y Desarrollo Exploratorio (REDD) de APL.
“Inspirándonos en los animales, desarrollamos un recubrimiento enzimático que se podía aplicar directamente a las superficies”, destacó.
El científico biológico Ryan Baker-Branstetter, quien dirigió la investigación de enzimas y antiincrustantes, agregó que la bioincrustación se desarrolla a partir de bacterias que se depositan en una superficie. Entonces, si el equipo pudiera evitar la formación de bacterias pequeñas, los organismos más grandes no seguirían.
“Es difícil lograr que las enzimas se adhieran a cualquier cosa y permanezcan activas en el proceso. La bioconjugación es una técnica para acoplar biomoléculas naturales y compuestos sintéticos”, explicó Messersmith.
“Ha habido resultados de laboratorio prometedores que prueban que ciertas enzimas se pueden unir a ciertas superficies, pero esos resultados no se han traducido en aplicaciones del mundo real”, agregó.
“Queríamos crear un enfoque de cubo de pintura, en el que alguien pudiera caminar y aplicar el revestimiento de manera eficiente y efectiva en una superficie”, continuó Messersmith.
Identificaron un "enlazador" eficaz, un agente capaz de unir una enzima a un compuesto sintético.
Los investigadores de APL desarrollaron un recubrimiento de polímero a base de enzimas con un enlazador a base de ortoftaldialdehído (oPA), que es capaz de unir enzimas a las superficies y hacerlo rápidamente, tomando menos de cinco minutos para formar una capa de material.
El enlazador basado en oPA mantuvo la actividad durante períodos prolongados de tiempo en los experimentos, en comparación con ningún enlazador y un enlazador disponible comercialmente.
“La primera proteína que pintamos, la proteína fluorescente roja, estableció que la química detrás del sistema de recubrimiento y nuestro enlazador funcionaba. Esto nos permitió revisar qué proteínas evitarían eficazmente la bioincrustación en nuestra última investigación”, afirmó Messersmith.
Para lograr eficacia y compatibilidad con el sistema de recubrimiento, los miembros del personal de APL optaron por la xilanasa, una enzima natural producida por hongos, bacterias, algas marinas y muchos otros organismos, a menudo utilizada en horneado comercial y una mezcla de enzimas complejas de lisis, una molécula extraída de un hongo.
El equipo usó un método llamado química de clic, que les permitió unir el recubrimiento sin ningún catalizador ni calor. Después de dos meses sumergidos en agua de mar artificial, los revestimientos de xilanasa y complejo de lisis demostraron ser muy activos, lo que demuestra la longevidad del material y su potencial como antiincrustante ecológico. Sorprendentemente, el enfoque fue exitoso en el primer intento.
“He trabajado en muchos proyectos y, por lo general, la décima cosa que intentas funciona. Pero es muy raro que el primer enfoque funcione”, dijo Baker-Branstetter.
“Tener un éxito temprano con las enzimas nos permitió profundizar en otras preguntas interesantes, como la longevidad y la actividad de las pinturas en una variedad de condiciones ambientales”, apuntó.
Además, el equipo descubrió que sus recubrimientos no solo evitaban que las bacterias se adhirieran a una superficie, sino que también podían eliminar las bacterias que ya se habían asentado.
Más allá de su potencial antiincrustante, las proteínas pintables podrían tener una variedad de aplicaciones. El enlazador oPA puede trabajar con una amplia variedad de proteínas porque actúa en el exterior de las proteínas sin interferir con su funcionamiento. Como ejemplo, Messersmith dijo que este enfoque podría usarse para crear un sensor de pintura para detectar gases tóxicos en el aire.
“Los sensores tradicionales deben analizar cada gas tóxico de forma independiente, pero la bioquímica de las proteínas que se pueden pintar podría actuar como un sensor integral”, comentó Messersmith.
“El enfoque que se puede pintar se puede usar para una variedad de proteínas diferentes, cada proteína realiza una función diferente y, con este sistema, teóricamente podría recubrir cualquier proteína que desee”, agregó Messersmith.
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