Бактерии помогают делать искусственный шелк, который соперничает с прочностью и эластичностью жесткого паучьего шелка, с которого свисают пауки.
Шелк "dragline" прочнее и прочнее стали. Инженеры десятилетиями пытались создать синтетический имитатор из генетически модифицированных бактерий, дрожжей и даже козьего молока, но всегда терпели неудачу.
Часть проблемы заключается в том, что генетическая информация для шелка "dragline" представляет собой длинную строку повторяющейся ДНК. И клеточный механизм этих ранее испытанных организмов беспорядочно изменяет или измельчает такие серии.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи точно разделили повторяющуюся ДНК на биты. Эти более мелкие кусочки были менее подвержены дальнейшим изменениям внутри бактерий, и каждый микроб следовал генетическим инструкциям по производству короткой нити шелка. Исследователи добавили к концу каждой нити химическую метку, которая склеивала отдельные волокна вместе.
В лаборатории кишечная палочка производила нити паучьего шелка (сверху, снизу), которые были такими же жесткими и эластичными, как пауки.
Полученный материал вел себя как шелка. Его прочность на растяжение, или сопротивление растягиванию, была измерена в 1,03 гигапаскалей, примерно так же, как для естественно произведенного "dragline" шелка. Прочность проектированного шелка измерила 114 мегаджоулей на кубический метр, сравненный с около 100 мегаджоулями для шелка сделанного пауками. И спроектирован шелковые нити могут растянуться на 18 процентов до разрыва, как и натуральные шелка.
” Теперь мы можем использовать бактерии для производства чего-то такого же хорошего, как природа", - говорит синтетический биолог Фужун Чжан из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который представил исследование 2 апреля на ежегодном собрании Американского химического общества в Орландо, штат Флорида.
Новый шелк был разработан частично с финансированием НАСА для таких приложений, как предоставление астронавтам средств для создания жестких материалов на Марсе. Но вещество может быть использовано при разработке более прочных материалов для медицинских или текстильных применений, говорит Чжан, таких как ударопрочные ткани или хирургические швы.
Команда работает над масштабированием процесса, проектируя бактерии, способные производить полные шелковые нити, а не только сегменты.