Estudio de propiedades elásticas de nanofibras adhesivas de diatomeas Nitzschia spp.

Abstract

"Se llevó a cabo un estudio de las propiedades elásticas del biopolímero secretado por diatomeas Nitszchia spp. Este biopolímero, conformado por nanofibras adhesivas, es liberado a través de una hendidura presente en la pared celular de sílice (frústula) que presentan las diatomeas, y es utilizado para la adherencia y desplazamiento sobre superficies. El trabajo de esta Tesis inició con el crecimiento celular, seguido de evaluaciones de motilidad de las diatomeas (por medio de microscopía óptica) y de una caracterización morfológica de la frústula (utilizando microscopía electrónica de barrido -MEB- de alta resolución). Asimismo, se estudió en detalle la interacción del biopolímero con partículas micrométricas de plástico, por medio de microscopía óptica, videomicroscopía y MEB en diferentes modos de operación. Una vez confirmada la interacción biopolímero-micropartículas se procedió a analizar las propiedades elásticas de las nanofibras por medio de un sistema de micromanipulación por láser conocido como pinzas ópticas, el cual permite aplicar y ejercer fuerzas del orden de piconewtons así como medir desplazamientos subnanométricos. Se analizaron curvas de fuerza-extensión para 56 nanofibras diferentes, obteniendo parámetros elásticos tales como la longitud de contorno (Lc) y la longitud de persistencia (Lp). Concluimos que las fibras tienen un modulo elástico similar al del plástico o al de moléculas de ADN. El estudio de este biopolímero a través de nuestro sistema resulta novedoso, ya que nos permitió manipular las fibras sin desplegar las proteínas que las conforman, ofreciendo una ventaja respecto a estudios previos realizados con microscopía de fuerza atómica (AFM). Este trabajo es relevante para las áreas tanto de biomateriales como de la biología celular de las diatomeas."

"We conducted a study on the elastic properties of a biopolymer secreted by diatoms Nitszchia spp. This biopolymer, formed by adhesive nanofibers, is released through a slit present in the silica-made cell wall (frustule) of diatoms, and is used during diatom adhesion and movement on surfaces. The work of this thesis began with the growing of cells, followed by evaluations of diatoms motility (using light microscopy) and a morphological characterizationof the frustules (using high-resolution scanning electron microscopy -SEM-). We also studied in detail the interaction of the biopolymer with micron-sized plastic particles using optical microscopy, videomicroscopy and SEM in different modes of operation. Once the interaction biopolymer-microparticles was confirmed, we proceeded to analyzed the elastic properties of the nanofibers by means of a laser-based micromanipulation system known as optical tweezers, which allows the application of forces on the order of piconewtons as well as the measurement of subnanometric displacements. We analyzed force-extension curves for 36 different nanofibers, obtaining elastic parameters such as the contour length (Lc) and the persistence length (Lp). We conclude that the fibers have an elastic modulus similar to plastic or DNA molecules. The study of this biopolymer using our system is novel because it allowed us to manipulate the fibers without unfolding the proteins that constitute them -an advantage over previous studies based on atomic force microscopy (AFM). This work is relevant both for the area of biomaterials as well as for the cell biology of diatoms."