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

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

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

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

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Huawei готовит новый бренд смартфонов Xingmang — возможную замену Honor

Huawei готовит новый бренд смартфонов Xingmang — возможную замену Honor

Bambu Lab анонсировала свой первый 3D-сканер S1 — появились первые подробности

Bambu Lab анонсировала свой первый 3D-сканер S1 — появились первые подробности