Home Forschung & Bildung 3D-Druck von Bakterien-Biofilmen für die Konstruktion lebender Materialien

3D-Druck von Bakterien-Biofilmen für die Konstruktion lebender Materialien

Srikkanth Balasubramanian, Marie-Eve Aubin-Tam und Anne S. Meyer erforschen die Idee des 3D-Drucks mit Bakterien in ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel „3D Printing for the Fabrication of Biofilm-Based Functional Living Materials“ Biofilme könnten in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung finden. Die Forscher erläutern die Vorteile dieser CD-Zellnetzwerke, die aus Proteinen, Lipiden, Polysacchariden und Nukleinsäuren bestehen.

Bakterielle Biofilme sind dreidimensionale Netzwerke von Zellen, die in einer selbst erzeugten extrazellulären Polymermatrix aus Proteinen, Lipiden, Polysacchariden und Nukleinsäuren verwickelt sind. Biofilme können sich auf praktisch jeder zugänglichen Oberfläche ansiedeln und zu unterschiedlichen Auswirkungen führen, die von Infektionskrankheiten bis zum Abbau giftiger Chemikalien reichen. Biofilme weisen eine hohe mechanische Steifheit auf und sind inhärent tolerant gegenüber widrigen Bedingungen wie Antibiotika, Schadstoffen, Detergenzien, hohen Temperaturen, Änderungen des pH-Werts usw. Diese Eigenschaften machen Biofilme widerstandsfähig, was für Anwendungen in dynamischen Umgebungen wie Bioleaching und Bioremediation von Vorteil ist, Materialproduktion und Abwasserreinigung. Die Forscher haben kürzlich eine einfache und kostengünstige Methode für den 3D-Druck von Bakterien beschrieben und diese Technologie für den 3D-Druck gentechnisch veränderter Escherichia coli-Biofilme erweitert. Die 3D-Druckplattform nutzt die einfache Alginatchemie zum Drucken einer Bakterien-Alginat-Bioink-Mischung auf calciumhaltige Agaroberflächen, wodurch bakterienverkapselnde Hydrogele mit unterschiedlichen Geometrien entstehen. Bakterien in diesen Hydrogelen bleiben intakt, räumlich strukturiert und über mehrere Tage lebensfähig. Das Drucken von manipulierten Bakterien zur Erzeugung von induzierbaren Biofilmen führt zur Bildung mehrschichtiger dreidimensionaler Strukturen, die harte chemische Behandlungen tolerieren können. Synthetische Biologie und materialwissenschaftliche Ansätze bieten die Möglichkeit, eine Vielzahl nützlicher Funktionen an diese 3D-gedruckten Biofilme anzuhängen.

Die Verwendung gentechnisch veränderter Bakterien birgt offensichtlich Herausforderungen und Bedenken. Die Autoren erklären, dass 3D-Druckgeräte dann möglicherweise toxisch sein und eine Gefahr für den Menschen und die Umwelt darstellen könnten, wenn die Bakterien exponiert werden.

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