Волокна, созданные специальными микробами, столь же прочны и гибки, как естественные
Пауки прядут нить своей паутины, свойства которой представляют предел мечтаний инженеров.
Шелк паучьей нити столь же прочен как сталь, эластичен, нетоксичен и разлагается микроорганизмами.
Но пауков не просто разводить. Каждый паук вырабатывает невероятно крохотное количество шелка, а некоторые из них еще и считаются людоедами.
В течение многих десятилетий ученые пробовали создавать имитацию серебристой пряди, чтобы использовать такую нить для зашивания ран, производства спортивной одежды и пуленепробиваемых жилетов, но их усилия по созданию синтетические волокна аналогичного свойства не увенчались успехом.
В настоящее время команда исследователей добилась того, что бактерии научились производить шелк столь же крепкий и упругий, как его природная версия.
На первом этапе работы экспериментаторы трансплантировали ДНК делающих шелк пауков (DNA) в бактерии, тутовые шелкопряды, растения и даже козлам, в попытке серийно получать желаемое вещество.
Однако пока степень прочности самых лучших из проектируемых волокон составила лишь 50% по сравнению с прочностью натуральной нити. Секрет в том, что шелковая нить паука представляет собой большие протеиновые молекулы, состоящие из сотен струн повторяющихся аминокислот, закодированных при помощи повторных цепочек ДНК схожей длины.
Но «вообще-то, природа не любит повторяющихся ДНК и находит способы избавиться от них,»- говорит Фужонг Жанг (Fuzhong Zhang), профессор энергетики, окружающей среды и химических технологий Вашингтонского Университета в Сант- Луи.
Пауки эволюционно научились стабилизировать большую ДНК — но у других созданий подобные повторяющиеся блоки или «отрезаны» или изменены.
Жанг и его коллеги решили обойти проблему, изменив ДНК паука, участвующую в создание шелковых белков.
Смоделированные микробы, воссозданные с этой измененной ДНК, придают шелковым протеиновым молекулам уникальную «особенность» (тэг). Этот уникальный тэг, или иными словами, эта особенность состоит в способности склеивать две молекулы и формировать желательную по длине цепочку, а затем отделяться. Протеины, получаемые в результате моделирования, имеют большую длину, чем самые крупные натуральные белки.
Исследователи растирали эти белки до порошкообразного состояния, затем примешивали его в раствор, из которого можно было прясть волокна столь же крепкие, как и натуральные, о чем они и сообщили в статье «Биомакромолекулы» (Biomacromolecules) за сентябрь.
«Синтетический шелк мог бы стать экобезопасной альтернативой волокнам, получаемым из нефти, например, нейлону», - говорит Жанг. Но есть и проблема: она состоит в том, как наладить его производство в достаточных объемах и при низких производственных затратах.
«Другая проблема – это раствор для пряжи, который изготавливается с помощью коррозийного и дорогостоящего растворителя», - отмечает Григорий Холланд, профессор химии и биохимии государственного университета Сан-Диего, который не участвовал в работе.
«Следующим шагом,»- говорит Холланд,- «создать водорастворимый раствор и посмотреть, можно ли получать аналогичные высококачественные волокна.»
источник Журнал Саентифик Американ №12 2018
Автор—Прачи Пател
Перевод: Энигма Л.Н.
