باکتری مهندسی شده برای تولید الیافی مستحکم

گفته می شود که ابریشم بافته شده توسط عنکبوت یکی از محکم ترین و سخت ترین مواد روی زمین است. اکنون مهندسان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس پروتئین‌های ترکیبی ابریشم آمیلوئید را طراحی و آنها راتوسط باکتری‌های مهندسی شده تولید کرده اند. الیاف حاصل از برخی ابریشم‌های عنکبوتی طبیعی قوی تر و سخت تر هستند.

نتایج این پروژه در مجله ACS Nano منتشر شده است.

این ابریشم مصنوعی آلیاف "آمیلوئید پلیمری" نامیده می‌شوند که از نظر فنی توسط محققان تولید نشده است، بلکه توسط باکتری‌هایی ساخته شده است که در آزمایشگاه فوژونوگ ژانگ استاد گروه انرژی، مهندسی محیط زیست و شیمی در دانشکده مهندسی مک کلوی توسعه داده شده است.

ژانگ پیش از این با ابریشم عنکبوت کار کرده است. در سال 2018 ، آزمایشگاه وی باکتری‌هایی تولید کرد که یک ابریشم عنکبوت نوترکیب را با عملکردی مشابه با نمونه‌های طبیعی دیگر از نظر کلیه خواص مکانیکی تولید می کند.

ژانگ می‌گوید: «بعد از کار قبلی فکر کردیم که آیا می توانیم چیزی بهتر از ابریشم عنکبوتی را با استفاده از پلتفورم زیست شناسی مصنوعی خود ایجاد کنیم.»

محققان توالی اسیدهای آمینه پروتئین‌های ابریشم عنکبوت را اصلاح کردند تا خواص جدیدی را ارائه دهد، در حالی که برخی از ویژگی های جذاب ابریشم عنکبوت را حفظ می کند.

مشکلی که در رابطه با الیاف ابریشم عنکبوت نوترکیب وجود دارد، نیاز به ایجاد β - نانوبلورها، یک جز اصلی از ابریشم عنکبوت طبیعی است که به مقاومت آن کمک می کند. ژانگ می‌گوید: «عنکبوت ها نحوه چرخش الیاف با مقدار مطلوب نانوبلور را کشف کرده اند. اما وقتی انسان از فرایندهای مصنوعی استفاده می کند، مقدار نانوبلورهای موجود در الیاف مصنوعی ابریشم اغلب کمتر از مقدار طبیعی آن است.»

برای حل این مشکل، این تیم با معرفی توالی‌های آمیلوئید که تمایل زیادی به تشکیل β-نانوبلور دارند، توالی ابریشم را دوباره طراحی کردند. آنها پروتئین‌های آمیلوئید پلیمری مختلفی را با استفاده از سه توالی آمیلوئید به خوبی مطالعه شده به عنوان گزینه‌های اصلی ایجاد کردند. توالی آمینو اسیدهای تکرار شونده پروتئین‌های حاصل کمتر از ابریشم عنکبوت است که تولید آنها توسط باکتری های مهندسی شده را آسان می کند. در نهایت، باکتریها یک پروتئین آمیلوئید پلیمری ترکیبی با 128 واحد تکرار را تولید کردند.

هر چه پروتئین بیشتر باشد ، فیبر حاصل از آن قوی تر و سخت تر می شود. 128 پروتئین تکرار شونده منجر به فیبر با مقاومت گیگاپاسکال می شود که از فولاد معمولی قوی تر است.