Od dawna uważa się, że jedwab pajęczy jest jednym z najmocniejszych i najtrwalszych materiałów na Ziemi. Wykorzystując zmodyfikowane genetycznie bakterie uczeni wyprodukowali amyloidy hybrydowych białkej jedwabiu i amyloidu. Otrzymane w ten sposób włókna są wytrzymalsze od stali, Kevlaru i wszystkich innych syntetycznych włókien. Co więcej, są nawet trwalsze od niektórych naturalnych włókien jedwabiu pajęczego. Wyniki zostały opisane w ACS Nano.
Podpatrywanie przyrody
Innowacyjny sztuczny jedwab – nazwany polimerowym włóknem amyloidowym – nie został wyprodukowany przez bakterie, które zostały genetycznie zmodyfikowane w laboratorium prof. Fuzhonga Zhanga z Wydziału Energii, Środowiska i Inżynierii Chemicznej w McKelvey School of Engineering.
Zespół Zhanga w 2018 r. zmodyfikował bakterie, które wyprodukowały rekombinowany jedwab pajęczy o trwałości równej jego naturalnego odpowiednika we wszystkich ważnych właściwościach mechanicznych. Teraz naukowcy poszli krok dalej.
Po naszej poprzedniej pracy zastanawiałem się, czy możemy stworzyć coś lepszego niż jedwab pajęczy przy użyciu naszej platformy biologii syntetycznej.prof. Fuzhong Zhang
Problemem związanym z rekombinowanym włóknem jedwabiu pajęczego jest konieczność stworzenia β-nanokryształów, głównego składnika naturalnego jedwabiu pajęczego, który przyczynia się do jego wytrzymałości. Uczeni zmodyfikowali sekwencję aminokwasów białek jedwabiu pajęczego, aby wprowadzić nowe właściwości, zachowując jednocześnie niektóre z atrakcyjnych cech jedwabiu pajęczego.
Pająki nauczyły się prząść włókna z pożądaną ilością nanokryształów, ale kiedy ludzie używają sztucznych procesów przędzenia, ilość nanokryształów w syntetycznym włóknie jedwabiu jest często niższa niż w jego naturalnym odpowiedniku.prof. Fuzhong Zhang
Włókna inne niż wszystkie
Aby rozwiązać ten problem, zespół przeprojektował sekwencję jedwabiu, wprowadzając sekwencje amyloidowe, które mają dużą tendencję do tworzenia β-nanokryształów. Otrzymane białka miały mniej powtarzających się sekwencji aminokwasowych niż jedwab pajęczy, co ułatwiło ich produkcję przez zmodyfikowane bakterie. Ostatecznie, bakterie wyprodukowały hybrydowe polimeryczne białko amyloidowe składające się ze 128 powtarzających się jednostek.
Stworzone włókno miało wytrzymałość rzędu jednego gigapaskala, czyli większą niż zwykła stal. To także więcej niż wytrzymałość Kevlaru i wszystkich poprzednich rekombinowanych włókien jedwabiu.
Zespół Zhanga zapowiada, że to dopiero początek wysokowydajnych włókien syntetycznych. Naukowcy twierdzą, że mogą stworzyć substancje wytrzymalsze od tych, które występują w naturze.
