Baktériumokat sikerült izom építésére késztetni
Vajon hordanák az emberek az izomrostból készült ruhákat, öveket, cipőfűzőket? Bizarr az ötlet, de ha ezek a rostok nagyobb terhelést bírnának ki szakadás nélkül, mint a pamut, a selyem, a nejlon, sőt a kevlár, akkor talán megérne egy próbát a textilipari használatuk.
A Nature Communicationsben augusztus 30-án publikált kutatásan bemutatott módszerrel ráadásul úgy hoznák létre az izmokat, hogy attól egyetlen állatnak sem kellene szenvednie.
A St. Louis-i Washington Egyetem McKelvey Mérnöki Karán szintetikus kémiai megoldással fehérjéket polimerizáltak módosított mikrobák belsejében. A baktériumok az eljárás hatására nekiálltak a nagy molekuláris tömegű izomfehérje, a titin termelésének, amiket utóbb rostokká sodortak a kutatók.
A kutatás egyik szerzője, Fuzhong Zhang, az energia-, környezetvédelmi és vegyészmérnöki tanszék professzora szerint az izomrost előállításának további előnye, hogy az eljárás olcsó és bővíthető, továbbá számos olyan alkalmazása lehet, amelyet korábban természetes izomrostokkal, állati szövetek felhasználásával gondoltak megvalósítani.
Szintetikus titinből izom
A szintetikusan előállított fehérje, a titin az izom egyik fő fehérje-összetevője. A természetben előforduló fehérjék közül ez a legnagyobb, és mechanikai tulajdonságait nagyban meghatározza molekuláris mérete – mondta Cameron Sargent biológus doktorandusz, a tanulmány egyik első szerzője.
Zhang szerint a kutatók már jó ideje próbálkoznak az izom tulajdonságait hordozó mesterséges anyag előállításával többféle célból, például lágy robotok gyártásához. „Az jutott eszünkbe, hogy miért ne hozhatnánk létre közvetlenül szintetikus izmokat. De ezt nem állatok, hanem mikrobák felhasználásával gondoltuk megoldani.”
A baktériumok azonban alapvetően nem alkalmasak nagy méretű fehérjék előállítására. Ezt a problémát kikerülendő úgy módosították őket, hogy a fehérjemolekula kisebb szegmenseiből nagyon nagy tömegű polimereket tapasszanak össze. Ezek a polimerek nagyjából ötvenszer akkorák voltak, mint egy átlagos bakteriális fehérje, a tömegük két megadaltont (azaz körülbelül 3,321 ×10-18 grammot) tett ki. A kutatók ez után rostokat sodortak a fehérjékből egy nedves fonási technika segítségével. A rostok átmérője 10 mikron körül alakult, ami nagyjából egy emberi hajszál egytizedének felel meg.
A Northwestern Egyetem kutatóinak közreműködésével a csapat a következő lépésben elemezte a rostok szerkezetét, hogy megállapítsa, milyen molekuláris mechanizmusoknak köszönhetők a szintetikus izomrost speciális tulajdonságai: a kivételes ellenállóképesség, erő, rugalmasság, illetve a mechanikai energia hőként való elvezetésének képessége.
Textilipar és orvosbiológia
Amellett, hogy az anyagból ruhák és – mivel a kevlárnál is ellenállóbb – védőpáncélok készíthetők, lehetséges orvosbiológiai alkalmazásai is számosak. Mivel szinte teljesen azonos az izomszövetben található fehérjékkel, feltehetően biokompatibilis, ezért a sebkötözés, a szövetpótlások és más alkalmazások hasznos anyagává válhat.
A Zhang vezette kutatócsoport a mikrobiális szintézis mostani kutatásban használt módszerével további különleges szintetikus anyagok előállítását is tervezi. Zhang és a tanulmány vezető szerzői már beadták a kutatásra alapozott szabadalmi kérelmet.
Sargent szerint az általuk feltalált rendszer nagyszerűsége abban rejlik, hogy olyan platform jött létre, amelynek segítségével különböző természetes közegükből kiemelt fehérjéket polimerizálhatnak. Ezáltal nagyobb, hosszabb fehérjéket hozhatnak létre, amelyekkel többféle természetes anyagot helyettesíthetnek fenntartható módon.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: