Прочнее кевлара
Исследователи из Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработали способ, позволяющий осуществлять бактериальный синтез высокомолекулярного мышечного белка титина – одного из трех основных компонентов мышечной ткани, который затем можно скрутить в сверхпрочные волокна.
Данное производство будет недорогим, масштабируемым и не нуждается в использовании животных.
Характерные механические свойства обусловлены большим размером титина – это самый крупный из известных белков.
Исследователи ранее неоднократно пытались разработать материалы с аналогичными мышцам свойствами для применения в различных областях, например, в мягкой робототехнике. Но для этого приходилось использовать живые ткани животных. Группа Фучжуна Чжана поставила цель сделать синтетические мышцы с помощью бактерий кишечной палочки, в ДНК которых был встроен ген, кодирующий титин у кроликов.
Исследовательская группа спроектировала бактерии, способные синтезировать из более мелких фрагментов белка полимеры со сверхвысокой молекулярной массой и размером около трех мегадальтон – примерно в 50 раз больше размеров среднего бактериального белка. Затем, используя процесс мокрого формования, ученые преобразовали белки в волокна диаметром около 10 микрон.
Группа проанализировала структуру полученного волокна, чтобы определить молекулярные механизмы, которые лежат в основе уникального сочетания исключительной прочности, жесткости и демпфирующей способности.
Помимо пошива специальной экипировки (титиновые волокна прочнее кевлара – материала, используемого в создании пуленепробиваемых жилетов), титиновый материал также имеет потенциал для применения в различных биомедицинских областях. Поскольку он почти идентичен белкам, содержащимся в мышечной ткани, новый синтетический материал, предположительно, биосовместим и поэтому может быть включен в состав шовного материала, искусственных органов и имплантов.
Исследовательская группа Чжана не намерена останавливаться на синтетических мышечных волокнах. В будущем, вероятно, появится больше уникальных материалов, которые будут доступны благодаря новой стратегии микробного синтеза.
Авторы подали заявку на патент на данный способ полимеризации белка внутри искусственно созданных бактерий
Статья C.H.Bowen et al. Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties опубликована в журнале Nature Communications.
Амина Ибрагимова, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Washington University in St. Louis: Synthetic biology enables microbes to build synthetic muscle.