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. In futuro, questo materiale può essere utilizzato nell’abbigliamento o anche come equipaggiamento protettivo. Credito: Washington University di St. Louis
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”.
La produzione microbica di titina michaelton si traduce in fibre con proprietà meccaniche benefiche, Connessioni con la natura (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-25360-6
Introduzione di
Washington University di St. Louis
la citazione: La biologia sintetica consente ai microbi di costruire muscoli (2021, 30 agosto) Estratto il 30 agosto 2021 da https://phys.org/news/2021-08-synthetic-biology-enables-microbes-muscle.html
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