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Os pesquisadores desenvolvem a aproximação da química para polimerizar proteínas dentro dos micróbios

Os pesquisadores na escola de McKelvey da engenharia na universidade de Washington em St Louis desenvolveram uma aproximação sintética da química para polimerizar micróbios projetados interior das proteínas. Isto permitiu os micróbios de produzir a elevação - proteína de músculo do peso molecular, o titin, que foi girado então em fibras.

Sua pesquisa foi publicada segunda-feira 30 de agosto nas comunicações da natureza do jornal.

Também: “Sua produção pode ser barata e evolutiva. Pode permitir muitas aplicações que os povos tinham pensado previamente aproximadamente, mas com fibras de músculo naturais,” disse Fuzhong Zhang, professor no Ministério da engenharia de Energia, ambiental & química. Agora, estas aplicações podem vir à fruição sem a necessidade para tecidos animais reais.

A proteína sintética do músculo produzida no laboratório de Zhang é o titin, um dos três componentes de proteína principais do tecido do músculo. Crítico a suas propriedades mecânicas é o grande tamanho molecular do titin. “É a proteína conhecida a maior na natureza,” disse Cameron Sargent, um aluno de doutoramento na divisão de ciências biológicas e biomedicáveis e um primeiro autor no papel junto com Christopher Bowen, um graduado recente do PhD do Ministério da engenharia de Energia, ambiental & química.

As fibras de músculo foram do interesse por muito tempo, Zhang disse. Os pesquisadores têm tentado projectar materiais com propriedades similares aos músculos para várias aplicações, como na robótica do delicado.

Nós quisemos saber, “por que nós não fazemos apenas directamente os músculos sintéticos? “. Mas nós não estamos indo colhê-los dos animais, nós usaremos micróbios para fazê-la.”

Fuzhong Zhang, professor, Ministério da engenharia de Energia, ambiental & química, universidade de Washington em St Louis

Para contornar algumas das edições que impedem tipicamente que as bactérias produzam grandes proteínas, a equipa de investigação projectou as bactérias para reunir em tamanho segmentos menores da proteína em polímeros ultra-altos do peso molecular em torno de dois megadaltons - aproximadamente 50 vezes o tamanho de uma proteína bacteriana média. Usaram então um processo degiro para converter as proteínas nas fibras que eram ao redor dez mícrons no diâmetro, ou em um décimas a espessura do cabelo humano.

Trabalhando com colaboradores Shin novo junho, professor no Ministério de Energia, engenharia ambiental & química, e Sinan Keten, professor no departamento da engenharia mecânica na Universidade Northwestern, o grupo analisou então a estrutura destas fibras para identificar os mecanismos moleculars que permitem sua combinação original de dureza, de força, e de capacidade de umedecimento excepcionais, ou a capacidade dissipar a energia mecânica como o calor.

Com exceção da roupa extravagante ou da armadura protectora (outra vez, as fibras são mais resistentes do que Kevlar, o material usado em vestes à prova de balas), Sargent indicou que este material tem muitas aplicações biomedicáveis potenciais também. Porque é quase idêntico às proteínas encontradas no tecido do músculo, este material sintético é presumivelmente biocompatible e poderia conseqüentemente ser um grande material para suturas, engenharia do tecido, e assim por diante.

A equipa de investigação de Zhang não pretende parar com a fibra de músculo sintética. O futuro manterá provavelmente uns materiais mais originais permitidos por sua estratégia microbiana da síntese. Bowen, Cameron, e Zhang arquivaram uma solicitude de patente baseada na pesquisa.

“A beleza do sistema é que é realmente uma plataforma que possa ser aplicada em qualquer lugar,” Sargent disse. “Nós podemos tomar proteínas dos contextos naturais diferentes, a seguir pomo-los nesta plataforma para a polimerização e criamo-los proteínas maiores, mais longas para várias aplicações materiais com uma sustentabilidade maior.”

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.