Una investigación publicada en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) revela propiedades inéditas de suspensiones bacterianas, con potencial para revolucionar aplicaciones en biología y biotecnología.
La capacidad de manipular ciertos tipos de bacterias para que presten servicios —hasta ahora inimaginables— a la industria y permitan crear tecnologías más eficientes, es una de las proyecciones que se abre con un reciente estudio desarrollado en el Departamento de Física (DFI) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile.
El trabajo, realizado como parte de la tesis doctoral de Cristian Villalobos-Concha y guiado por los profesores María Luisa Cordero y Rodrigo Soto, junto a un equipo de investigadores nacionales e internacionales, exploró un fenómeno conocido como turbulencia activa: el patrón de movimiento colectivo que surge cuando bacterias nadan en altas concentraciones.
Las suspensiones bacterianas son un ejemplo paradigmático de materia activa, sistemas formados por numerosos “agentes” que se desplazan de forma coordinada, consumiendo energía y manteniéndose fuera del equilibrio termodinámico. “Cada bacteria perturba el fluido circundante mediante los flujos que genera su autopropulsión. Comprender las propiedades que emergen en este estado fuera del equilibrio es clave para múltiples aplicaciones biológicas y biotecnológicas”, señala el estudio.
¿Qué descubrieron?
Las bacterias se impulsan para desplazarse o escapar de sustancias nocivas. Sin embargo, cuando están muy concentradas, comienzan a generar movimientos colectivos que recuerdan a la turbulencia atmosférica, pero a escalas diminutas. “Uno no esperaría este tipo de comportamiento a escalas tan pequeñas”, comenta la Dra. María Luisa Cordero.
Aunque físicos de todo el mundo llevan años intentando comprender este fenómeno, hasta ahora se desconocían factores cruciales que determinan el movimiento específico de las bacterias. Para investigarlo, el equipo del DFI confinó bacterias dentro de una diminuta gota y observó sus efectos sobre otra partícula inmersa en el mismo medio, que actuó como “sensor” de los flujos internos.
“Estamos hablando de una gotita de apenas 100 micrómetros de diámetro, similar al grosor de un cabello humano. Las bacterias no solo nadaban, sino que movían también esta partícula interna”, detalla Cordero.
Hallazgos clave y aplicaciones futuras
Los resultados mostraron que el movimiento bacteriano no depende únicamente de su velocidad o de la densidad de bacterias presentes, sino también del tamaño de la gota que las contiene y de la partícula utilizada como sensor. Los bordes de ese espacio confinado influyen de forma significativa en el patrón de movimiento, a diferencia de sistemas en equilibrio, donde las condiciones son homogéneas.
Comprender cómo se comportan bacterias en espacios reducidos —presentes tanto en la naturaleza como en dispositivos como microbioreactores— abre la puerta a innovaciones tecnológicas. “Podemos imaginar a cada bacteria como un diminuto robot con motor propio, alimentado por nutrientes y reacciones químicas”, señala la profesora Cordero.
Este conocimiento podría aplicarse en biotecnología, medicina, medio ambiente, desarrollo de nuevos materiales y ciencia básica. La investigadora ilustra su potencial con un ejemplo: “Si ponemos bacterias productoras de insulina dentro de una gota y logramos controlar la energía que inyectan, podríamos transportar esa gota hacia el lugar donde se necesite la insulina para tratar a personas con diabetes”.
A largo plazo, los hallazgos sobre movimiento bacteriano confinado permitirán crear modelos para estudiar sistemas complejos y diseñar nuevos dispositivos y sensores biológicos con aplicaciones industriales, así como optimizar simulaciones computacionales para predecir el comportamiento de sistemas vivos a microescala.
