Tratar de comprender el complejo funcionamiento de una célula biológica decifrando la función de todas y cada una de las moléculas dentro de ella es una tarea de enormes proporciones. Sin embargo un atajo puede ser el uso de células sintéticas que incluyen sólo algunos procesos químicos donde los investigadores pueden estudiar la maquinaria celular con una sola pieza manejable a la vez. Un nuevo trabajo de investigadores de la Universidad de Yale y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) describe un modelo celular muy simplificado que no sólo arroja pistas sobre la manera de cómo ciertas células reales generaran tensiones eléctricas, sino también actúa como una pequeña batería que podría ofrecer una alternativa práctica a la energía convencional.

Cada célula sintéticas construidas por el NIST por el ingeniero David Lavan y sus colegas tiene una gota de una solución acuosa salina (cloruro de potasio) encerrado en una pared hecha de un lípido, una molécula con un extremo que es atraído por las moléculas de agua, mientras que el otro extremo las repele. Cuando dos de estas “células” entran en contacto, el agua de los lípidos repele los extremos exteriores que forman su tacto creando una doble capa estable que separa a los interiores de las dos células “, como las membranas celulares reales lo hacen.

Hasta aquí nada interesante pero si se modifica la bicapa al insertarle la proteína alfa-hemolisina de la bacteria Staphylococcus aureus. Estas proteínas en la bacteria crean poros que actúan como canales de iones, imitando los poros de una célula biológica. “Esta preferencia permite que los iones positivos o negativos pasen a través de la bicapa y crea un voltaje a través de ella”, dice LaVan. “Podemos aprovechar este voltaje para generar una corriente eléctrica.”

Si las soluciones en las dos células comienzan con diferentes concentraciones de sal, y luego introducimos los electrodos de metal fino en las gotas de agua se crea una pequeña batería: los electrones fluyen a través de un circuito conectado a los electrodos, contrarrestando el flujo de iones a través de los canales. Cuando esto sucede, las concentraciones de iones en las gotitas  se equilibren cuando el sistema descarga su potencial eléctrico.

Una pequeña batería con dos gotas, cada uno con sólo 200 nanolitros de solución, podría suministrar electricidad durante casi 10 minutos. Un sistema más grande, con un volumen total de casi 11 microlitros, puede durar más de cuatro horas. En términos de la energía que puede entregar para un volumen dado, la batería biológica es sólo una vigésima parte eficaz que una batería de plomo-ácido convencional. Pero en su capacidad de convertir la energía química en  eléctrica, la célula sintética tiene una eficiencia de alrededor del 10 por ciento, lo que se compara bien con dispositivos de estado sólido que generan electricidad a partir de fuentes de calor, luz o estrés mecánico – para que las células sintéticas podrían algún día, tome su lugar en la caja de herramientas de la nanotecnología.

Referencia

Xu et al. Synthetic Protocells to Mimic and Test Cell Function. Advanced Materials, 2009; DOI: 10.1002/adma.200901945