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合成生物学使微生物能够构建合成肌肉

发布昨天

你会穿肌肉纤维制成的衣服吗?用它们绑你的鞋子或甚至将它们戴着腰带?它可能听起来有点奇怪,但如果那些纤维可能会在破碎之前忍受更多的能量,而不是棉花,丝绸,尼龙,甚至凯瓦尔,那么为什么不呢?

别担心,可以在不伤害单一动物的情况下生产这种肌肉。

麦克莱维工程学院的研究人员在圣路易斯华盛顿大学的工程学院开发了一种合成化学方法,可在工程微生物内部聚合蛋白质。这使得微生物能够产生高分子量肌肉蛋白,三肽,然后将其纺成纤维。

麦克莱维工程学院的研究人员在圣路易斯华盛顿大学的工程学院开发了一种合成化学方法,可在工程微生物内部聚合蛋白质。这使得微生物能够产生高分子量肌肉蛋白,三肽,然后将其纺成纤维。将来,这种材料可用于服装,甚至用于保护齿轮。图像信用:福中张实验室

他们的研究发表在期刊上自然通信

此外:“它的生产可以便宜和可扩展。它可以使人们以前想到的许多应用程序,而是用天然肌肉纤维,“福中张,能源,环境与化学工程系教授。现在,这些应用可能会出现不需要实际动物组织。

张氏实验室生产的合成肌肉蛋白是肌肉组织的三种主要蛋白质组分之一。对其机械性能至关重要的是三肽的大分子大小。“It’s the largest known protein in nature,” said Cameron Sargent, a PhD student in the Division of Biological and Biomedical Sciences and a first author on the paper along with Christopher Bowen, a recent PhD graduate of the Department of Energy, Environmental & Chemical Engineering.

张说,肌肉纤维很长一段时间很感兴趣。研究人员一直在尝试设计具有与各种应用类似的肌肉相似的材料,例如软机器人。“我们想知道,”为什么我们不直接制作合成肌肉?“”他说。“但我们不会从动物收获它们 - 我们将使用微生物来做到这一点。”

为了规避通常预防细菌生产大蛋白质的一些问题,研究团队工程的细菌将蛋白质的较小分段划合到超高分子量聚合物中,大小约为2兆塔尔顿的大小 - 约50倍平均细菌的尺寸约50倍蛋白质。然后,它们使用湿纺过程将蛋白质转化为直径约为10微米的纤维,或者是人毛的厚度。

与合作者合作杨新军,在西北大学的机械工程系教授和Sinan Keten教授,本集团的教授分析了这些纤维的结构,以确定能够独特韧性结合的分子机制,强度和阻尼能力,或能力消散机械能作为热量。

除了花哨的衣服或防护装甲(再次,纤维比Kevlar更加难以,用于防弹背心的材料),Sargent指出,这种材料也具有许多潜在的生物医学应用。因为它几乎与肌肉组织中发现的蛋白质相同,所以这种合成材料可能是生物相容性的,因此可以是缝合线,组织工程等的伟大材料。

张的研究团队不打算停止合成肌纤维。未来可能会通过微生物合成策略实现更独特的材料。Washu在鲍文,Sargent和Zhan工作,根据研究提出了专利申请。

“系统的美丽是它真的是一个可以应用任何地方的平台,”Sargent说。“我们可以从不同的自然语境中服用蛋白质,然后将它们放入该平台中进行聚合,并为各种材料应用创造较大,更长的蛋白质,具有更高的可持续性。”

来源:华盛顿大学在圣路易斯

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