By Невдовзі бактерії зможуть узяти участь у новому різновиді виробництва. Науковці розробили технологію, у якій використовують кишкову паличку (Escherichia coli) для синтетичного виготовлення білка м’язів, так званого титину, який може в майбутньому слугувати для створення міцних і пружних волокон. Спектр їхнього використання варіюється від медичних ниток і до витривалих або біорозкладних тканин. Часточки титину є в десятки разів більшими від більшості часточок, які досі виготовляли в лабораторіях, кажуть науковці. Про це пише Конні Чанг у журналі Scientific American.
Кишкові палички легко контролювати, вони також швидко самовідтворюються, тому вчені застосовують їх для виготовлення субстанцій багатьох видів, зокрема біопалива й ліків. Однак донедавна синтез більших білків, як-от титину, який у 50 разів більший від білка, що його в природний спосіб утворюють кишкові палички, був недоступним.
У новому експерименті, докладно описаному в Nature Communications, науковці змусили кишкову паличку виробляти титин, впроваджуючи кільцевий модифікований ланцюг ДНК, який містив інструкцію, так звану плазміду. Але утворення такого великого білка виснажує клітинні ресурси, каже співавторка дослідження й біохімічка із Вашингтонського університету в Сент-Луїсі Кемерон Сарджент. Якщо плазміда передасть кишковій паличці вказівку утворити весь білок одразу, то бактерія усуне або обітне цю плазміду, щоб уникнути перенавантажень, пов’язаних із виробництвом білка.
Тому група створила плазміду, яка робить так, що кишкова паличка формує короткі фрагменти білка, збудовані в такий спосіб, щоб самочинно з’єднуватися в одне ціле всередині клітини бактерії.
Після екстрагування титину з бактерій науковці розчинили білок в органічному розчиннику, досягаючи високої концентрації. Потім шприцом витиснули розчин до водяної купелі, даючи білкам змогу укладатися вздовж волокна, яке формувалося під час обертання. На процес екструзії вчених надихнув спосіб, яким павуки утворюють так звану шовкову мотузку. Витривалість і пружність тих ниток були навіть вищими, ніж у натурального титину в м’язових волокнах.
Сарджент порівнює величину і впорядкованість часточок титину у волокнах із каструлею з застиглими спагеті. “Довгу нитку спагеті набагато важче витягнути, ніж коротку, адже що довшою є нитка, то більше поєднань виникає між пасмами”, – каже Сарджент. Науковці відкрили, що реакція тих поєднань на напругу є ключовою для витривалості титину: коли волокна натягуються, спочатку рвуться зв’язки на рівні часточок, що поглинає суттєву частину енергії, а потім уже нарешті розпускаються поєднання поміж нитками.
Інженерка-хімічка Юн Джунг Янг з Університету Інха, яка не брала участі в цьому дослідженні, вважає успіхом те, що “науковцям вдалося відтворити природні механічні властивості титину у виготовленому білку”.
Тепер дослідники можуть застосувати цю технологію для виготовлення інших великих білків, полегшуючи дослідження практичного використання інших потенційних біоматеріалів, наприклад резиліну, пружинистого полімеру, який відповідає за стрибки бліх, або твердої перлової маси, якою вистелені мушлі абалонів.
