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I ricercatori sviluppano un approccio chimico per polimerizzare le proteine ​​all’interno dei microbi

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.

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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.