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 Natura.
Inoltre: “Può essere economico da produrre e scalabile. Potrebbe consentire molte applicazioni a cui le persone avevano pensato in precedenza, ma utilizzando fibre muscolari naturali”, ha affermato Fuzhong Zhang, professore presso il Dipartimento di Energia, Ambiente e Ingegneria 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. Di grande importanza per le sue proprietà meccaniche è la grande dimensione molecolare del titano. “È la più grande proteina conosciuta in natura”, ha affermato Cameron Sargent, studente di dottorato presso il Dipartimento di scienze biologiche e biomediche e primo autore dell’articolo insieme a Christopher Bowen, un neolaureato al dottorato di ricerca presso il Dipartimento di energia, ambiente e chimica. . ingegneria.
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 raddrizzare i muscoli sintetici?’. Ma non lo raccoglieremo dagli animali, useremo i microbi per farlo”.
Fuzhong Zhang, Professore, Dipartimento di Ingegneria Energetica, Ambientale e Chimica, Washington University di St. Louis
Per aggirare alcuni dei problemi che normalmente impediscono ai batteri di produrre proteine di grandi dimensioni, il team di ricerca ha ingegnerizzato i batteri per assemblare frammenti più piccoli 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 ha intenzione di fermare l’uso delle fibre muscolari artificiali. 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”.
Fonte:
Riferimento alla rivista:
Bowen, CH, e altri. (2021) La produzione microbica di titan michadalton produce fibre con proprietà meccaniche benefiche. Connessioni con la natura. doi.org/10.1038/s41467-021-25360-6.
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