La biologia sintetica consente ai microbi di costruire muscoli

Indossi vestiti fatti di fibre muscolari? Lo usi per allacciarti le scarpe o addirittura per indossarlo come cintura? Può sembrare un po’ strano, ma se queste fibre trattengono più energia prima di rompersi rispetto a cotone, seta, nylon o persino Kevlar, perché no?

Non preoccuparti, questo muscolo può essere prodotto senza danneggiare un singolo animale.

I ricercatori della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis hanno sviluppato un approccio di chimica sintetica per polimerizzare le proteine ​​all’interno di microbi ingegnerizzati. Ciò ha consentito ai microbi di produrre una proteina muscolare ad alto peso molecolare, la titina, che è stata poi trasformata in fibre.

La loro ricerca è stata pubblicata lunedì 30 agosto sulla rivista Comunicazioni sulla natura.

Inoltre: “Può essere economico da produrre e scalabile. Potrebbe consentire molte applicazioni a cui le persone stavano pensando in precedenza, ma con applicazioni naturali fibre muscolariha affermato Fuzhong Zhang, professore presso il Dipartimento di ingegneria energetica, ambientale e chimica. Ora, queste applicazioni possono giungere a buon fine senza la necessità di veri tessuti animali.

La proteina muscolare artificiale prodotta nel laboratorio di Zhang è la titina, che è uno dei tre principali componenti proteici nel tessuto muscolare. critico per lei proprietà meccaniche è la grande dimensione molecolare della titina. “È la più grande proteina conosciuta in natura”, ha affermato Cameron Sargent, Ph.D. Studente del Dipartimento di Scienze Biologiche e Biomediche e primo autore dell’articolo con Christopher Bowen, PhD di recente. Laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Energetica, Ambientale e Chimica.

Zhang ha affermato che le fibre muscolari sono state oggetto di interesse per molto tempo. I ricercatori stanno cercando di progettare materiali con proprietà muscolari simili per diverse applicazioni, come la robotica morbida. “Ci siamo chiesti, ‘Perché non produciamo subito i muscoli sintetici?'”, ha detto. “Ma non lo raccoglieremo dagli animali, useremo i microbi per farlo”.

Per aggirare alcuni dei problemi che normalmente impediscono ai batteri di produrre grandi proteine, il team di ricerca ha ingegnerizzato i batteri per sintetizzare porzioni più piccole della proteina in polimeri ad altissimo peso molecolare a 2 megadalton, circa 50 volte la dimensione dei batteri medi. proteina. Quindi hanno usato un processo di filatura a umido per trasformare le proteine ​​in fibre di circa dieci micron di diametro, o un decimo dello spessore di un capello umano.

Lavorando con i collaboratori Young Shin Jun, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Energetica, Ambientale e Chimica, e Sinan Keten, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Northwestern University, il gruppo ha quindi analizzato la struttura di queste fibre per identificare i meccanismi molecolari che consentono la loro combinazione unica di tenacità, resistenza e capacità di smorzamento eccezionale, o la capacità di dissipare l’energia meccanica sotto forma di calore.

A parte i vestiti fantasiosi o l’armatura (di nuovo, le fibre sono più forti del Kevlar, il materiale utilizzato nei giubbotti antiproiettile), Sargent ha notato che questo materiale ha anche molte potenziali applicazioni biomediche. Poiché è quasi identico alle proteine ​​presenti nel tessuto muscolare, questo materiale sintetico dovrebbe essere biocompatibile e quindi potrebbe essere un ottimo materiale per suture, ingegneria tissutale, ecc.

Il team di ricerca di Zhang non intende fermare le formulazioni muscolo la base. È probabile che il futuro contenga materiali più esclusivi abilitati dalla strategia di sintesi microbica. Bowen, Cameron e Zhang hanno presentato una domanda di brevetto basata sulla ricerca.

“La bellezza del sistema è che è davvero una piattaforma che può essere applicata ovunque”, ha affermato Sargent. “Possiamo prendere proteine ​​da diversi contesti naturali, quindi inserirle in questa piattaforma di polimerizzazione e produrre proteine ​​più grandi e più lunghe per applicazioni di materiali diversi con una maggiore sostenibilità”.