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Les chercheurs développent l'approche de chimie pour polymériser des protéines à l'intérieur des microbes

Les chercheurs à l'école de McKelvey du bureau d'études à l'université de Washington à St Louis ont développé une approche synthétique de chimie pour polymériser les microbes conçus par intérieur de protéines. Ceci a permis aux microbes de produire la protéine musculaire de poids, le titin, qui a été alors tourné dans des fibres.

Leur recherche était le lundi 30 août publié dans les transmissions de nature de tourillon.

En outre : « Sa production peut être bon marché et évolutive. Elle peut activer beaucoup d'applications que les gens avaient précédemment pensées environ, mais avec les fibres musculaires naturelles, » a dit Fuzhong Zhang, professeur en génie de Département de l'énergie, environnemental et chimique. Maintenant, ces applications peuvent se réaliser sans besoin de tissus animaux réels.

La protéine musculaire synthétique produite en laboratoire de Zhang est le titin, une des trois éléments protéiques principales du tissu musculaire. Critique à ses propriétés mécaniques est la grande taille moléculaire du titin. « C'est la protéine la plus la plus large en nature, » a dit Cameron Sargent, un stagiaire de PhD dans la Division des sciences biologiques et biomédicales et un premier auteur sur le papier avec Christopher Bowen, un diplômé récent de PhD du génie de Département de l'énergie, environnemental et chimique.

Les fibres musculaires ont été d'intérêt pendant longtemps, Zhang a dit. Les chercheurs avaient essayé de concevoir des matériaux avec les propriétés assimilées aux muscles pour différentes applications, comme en la robotique de doux.

Nous nous sommes-nous demandés, « pourquoi n'effectuons-nous pas juste directement les muscles synthétiques ? « . Mais nous n'allons pas les moissonner des animaux, nous emploierons des microbes pour la faire. »

Fuzhong Zhang, génie de professeur, de Département de l'énergie, environnemental et chimique, université de Washington à St Louis

Pour éviter certaines des éditions qui empêchent type des bactéries de produire de grandes protéines, l'équipe de recherche a conçu des bactéries pour rassembler de plus petits segments de la protéine dans les polymères ultra-hauts de poids moléculaire autour de deux megadaltons dans la taille - environ 50 fois la taille d'une protéine bactérienne moyenne. Elles ont alors employé un procédé de mouillé-rotation pour convertir les protéines en fibres qui étaient environ dix microns de diamètre, ou dixième l'épaisseur des cheveux.

Fonctionnant avec des collaborateurs jeune Shin juin, professeur au Département de l'énergie, le génie environnemental et chimique, et le Sinan Keten, professeur dans le service de l'industrie mécanique à l'Université Northwestern, le groupe a alors analysé la structure de ces fibres pour recenser les mécanismes moléculaires qui activent leur combinaison unique de dureté, de force, et de capacité d'amortissement exceptionnelles, ou la capacité de dissiper l'énergie mécanique comme chaleur.

Hormis les vêtements de fantaisie ou le blindage (de nouveau, les fibres sont plus dures que Kevlar, la matière employée dans des gilets à l'épreuve des balles), Sargent a précisé que ce matériau a beaucoup d'applications biomédicales potentielles aussi bien. Puisqu'il est presque identique aux protéines trouvées en tissu musculaire, ce matériau synthétique est vraisemblablement biocompatible et pourrait pour cette raison être un matériau grand pour des sutures, bureau d'études de tissu, et ainsi de suite.

L'équipe de recherche de Zhang n'a pas l'intention de s'arrêter avec la fibre musculaire synthétique. Le contrat à terme jugera vraisemblablement des matériaux plus seuls activés par leur stratégie microbienne de synthèse. Bowen, Cameron, et Zhang ont déposé une demande de brevet basée sur la recherche.

« La beauté du système est que c'est réellement une plate-forme qui peut être appliquée n'importe où, » Sargent a dit. « Nous pouvons prendre des protéines de différents contextes naturels, puis les mettons dans cette plate-forme pour la polymérisation et produisons de plus grandes, plus longues protéines pour différentes applications matérielles avec une aptitude à soutenir des opérations prolongées plus grande. »

Source:
Journal reference:

Bowen, C. H., et al. (2021) Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-25360-6.