Искусственно созданные бактерии станут источником сверхпрочного материала

Самыми прочными волокнами считается паутина, ведь гипотетические свойства сотканного из нее материала будут превосходить кевлар и сталь. Однако специально созданные бактерии могут производить куда более совершенные волокна.

Искусственно созданные бактерии станут источником сверхпрочного материала

Шелк паука считается одним из самых прочных и жестких материалов на Земле. Теперь инженеры Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали гибридные белки амилоидного шелка и произвели их в модифицированных бактериях. Получающиеся волокна прочнее и жестче, чем у некоторых натуральных паутинных шелков.

Если быть точным, искусственный шелк, получивший название "полимерное амилоидное волокно", технически был произведен не исследователями, а бактериями, которые были генетически сконструированы в лаборатории Фучжун Чжана, профессора кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии, Инженерная школа Маккелви.

Чжан раньше работал с паутинным шелком. В 2018 году его лаборатория сконструировала бактерии, которые произвели рекомбинантный паучий шелк с характеристиками, сопоставимыми с его естественными аналогами по всем важным механическим свойствам. Исследовательская группа, в которую входит первый автор Цзинъяо Ли, аспирант в лаборатории Чжана, изменила аминокислотную последовательность белков паучьего шелка, чтобы ввести новые свойства, сохранив при этом некоторые привлекательные особенности оригинала.

Искусственно созданные бактерии станут источником сверхпрочного материала

Источник: Jingyao Li.

Полимерное амилоидное волокно с 128-повторяющимися белками.

Проблема, связанная с рекомбинантным волокном паучьего шелка, заключается в необходимости создания β-нанокристаллов, основного компонента натурального паучьего шелка, который способствует его прочности. 

Чтобы решить эту проблему, команда переработала последовательность шелка, добавив амилоидные последовательности, которые имеют высокую тенденцию к образованию β-нанокристаллов. Они создали различные полимерные амилоидные белки, используя в качестве представителей три хорошо изученные амилоидные последовательности. Полученные белки имели менее повторяющиеся аминокислотные последовательности, чем шелк паука, что облегчало их производство искусственно созданными бактериями. В конечном итоге бактерии продуцировали гибридный полимерный амилоидный белок со 128 повторяющимися единицами. Рекомбинантная экспрессия белка шелка паука с подобными повторяющимися единицами оказалась затруднительной.

Искусственно созданные бактерии станут источником сверхпрочного материала

Источник: Washington University in St. Louis.

В этой таблице сравниваются прочность и прочность различных натуральных и рекомбинантных шелковых волокон. Красным цветом обозначено полимерное амилоидное волокно, разработанное в лаборатории.

Чем длиннее белок, тем прочнее и жестче получается волокно. Белки с 128 повторами привели к получению волокна с гигапаскальной прочностью (мера силы, необходимой для разрыва волокна фиксированного диаметра), которое прочнее обычной стали. Прочность волокон (показатель того, сколько энергии необходимо для разрыва волокна) выше, чем у кевлара и всех предыдущих рекомбинантных шелковых волокон. Его прочность и жесткость даже выше, чем у некоторых натуральных волокон паучьего шелка.

В сотрудничестве с Янг-Шин Джун, профессором факультета энергетики, окружающей среды и химической инженерии, и ее аспирантом Ягуанг Чжу команда подтвердила, что высокие механические свойства полимерных амилоидных волокон действительно связаны с повышенным количеством β-нанокристаллов. .

Эти новые белки и полученные волокна — это еще не конец истории создания высокоэффективных синтетических волокон в лаборатори. В текущей работе было исследовано всего три из тысяч различных амилоидных последовательностей, которые потенциально могут улучшить свойства натурального паучьего шелка. Кажется, есть неограниченные возможности в разработке высокоэффективных материалов.

Читайте также

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

ИИ научился прогнозировать выживаемость онкобольных по фотографии

ИИ научился прогнозировать выживаемость онкобольных по фотографии

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

Anthropic предложила закон, позволяющий блокировать опасные модели ИИ до их выпуска

Anthropic предложила закон, позволяющий блокировать опасные модели ИИ до их выпуска

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Астрономы узнали точную дату создания Ван Гогом «Звездной ночи»

Астрономы узнали точную дату создания Ван Гогом «Звездной ночи»

Физики научились удерживать антиматерию месяцами ради разгадки тайны Вселенной

Физики научились удерживать антиматерию месяцами ради разгадки тайны Вселенной

На Луну впервые отправят суперкомпьютер с искусственным интеллектом

На Луну впервые отправят суперкомпьютер с искусственным интеллектом

Физики воссоздали состояние материи первых мгновений после Большого взрыва

Физики воссоздали состояние материи первых мгновений после Большого взрыва