Tänk om vi kunde växa en byggnad på det sätt som korallpolyper växer ett rev, eller om levande celler i våra kläder kan bryta ner svett och kroppslukt. Föreställ dig kolonier av bakterier på rymdstationer producerade glödtråden för 3-D-skrivare. Tänk dig att material vi använder varje dag kan reparera sig själva.

Det låter som science fiction, men Neel Joshi, en docent i kemi och kemisk biologi vid Northeastern, anser att sådana bedrifter är möjliga. Och National Science Foundation håller med.

Konstruerade levande material – ämnen gjorda av eller av omprogrammerade celler – skulle kunna förbättra och ersätta plast, betong, och andra material som för närvarande är tillverkade med mer standardiserade tillverkningssätt, säger Joshi.

"Koldioxidavtrycket för material som tillverkas för hela vår byggda miljö är enormt, " Joshi säger. "Att kunna minska det genom att följa modellen för hur biologi bygger upp saker kommer att bli väldigt viktigt."

Denna idé, inlämnad av Joshi och hans team, har utsetts till storpristagare i National Science Foundations 2026 Idea Machine-tävling, som sökte "stora utmaningar" för att hjälpa till att forma den amerikanska forskningsagendan för kommande år. Lagets förslag var en av fyra stora pristagare som valts ut bland nära 800 bidrag.

Tanken på att använda bakterier för att bygga saker är inte så vild som den kan verka, säger Joshi. Biotillverkningsindustrin använder redan mikrober för att göra dofter, vitaminer, läkemedel, och andra användbara molekyler. Och det finns några större material som skapas av levande celler också.

"Några av våra komposterbara plaster som du kan hitta i cafeterian är gjorda av polymerer som skördas från mikrober, " säger Joshi. "Det är ett steg i rätt riktning. Men det finns väldigt få exempel på den typen av material, och de täcker inte heller riktigt det breda utbudet av materialegenskaper som vi skulle vilja ha. Den verkliga visionen med konstruerade levande material är att gå utöver det och programmera celler för att göra funktionella material och varor direkt, kringgå traditionella tillverkningsmetoder."

Att få levande celler att bygga ett sammanhängande material, i motsats till en molekyl, är mer utmanande, men detta händer regelbundet i naturen. Vissa kolonier av mikroorganismer skapar slick, limliknande lager som kallas biofilmer för att skydda sig själva - tänk på placket på dina tänder eller slemmet på en flodklippa - och dessa mekanismer kan anpassas för att skapa saker som vattentäta beläggningar eller plastliknande material.

För närvarande, vi tillverkar cirka 300 miljoner ton plast varje år, och den stora majoriteten av det återvinns inte. Plast bryts inte riktigt ner i miljön, och forskare letar efter sätt att ta itu med det växande problemet med plastavfall. Material tillverkade av celler är mycket mer benägna att vara biologiskt nedbrytbara, säger Joshi.

"Biologi är väldigt bra på att omvandla saker som var användbara i en form till en annan form och återanvända alla samma råvaror för att göra något annat, " säger Joshi. "Allt du gör från ett levande system kommer sannolikt att vara mer nedbrytbart än plast."

Joshi och hans kollegor arbetar redan med flera nya material i sitt labb, inklusive plastliknande ämnen skapade av bakterier.

"Att lära av naturen har varit en del av den här forskningen, " säger Avinash Manjula Basavanna, en postdoktor som har fokuserat på att skapa bioplaster. "Men detta är ett steg före typisk biomimik. Vi konstruerar biologi för att anpassa material till vad vi vill."

Gruppen justerar också en biofilm som skapats av E. coli -bakterier för att ha olika egenskaper. Bakterierna kan användas för att skapa ett skyddande lager i tarmen hos någon med Crohns sjukdom eller kolit, vägledande läkning av lesioner och inflammerade områden.

"Under de kommande tio åren, vi kommer att prata om att använda mikrober för att producera material för olika applikationer utöver vad vi ens kan föreställa oss just nu, säger Anna Duraj-Thatte, en postdoktor i labbet. "Detta är bara början."