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Los investigadores desarrollan la aproximación de la química para polimerizar las proteínas dentro de microbios

Los investigadores en la escuela de McKelvey de la ingeniería en la universidad de Washington en St. Louis han desarrollado una aproximación sintetizada de la química para polimerizar microbios dirigidos interior de las proteínas. Esto permitió a los microbios producir la proteína de músculo de molecularidad elevada del peso, el titin, que entonces fue hecho girar en fibras.

Su investigación fue publicada el lunes 30 de agosto en las comunicaciones de la naturaleza del gorrón.

También: “Su producción puede ser barata y escalable. Puede habilitar muchos usos que la gente había pensado previamente alrededor, pero con las fibras de músculo naturales,” dijo a Fuzhong Zhang, profesor en el Ministerio de ingeniería de la Energía, ambiental y química. Ahora, estos usos pueden venir a la fruición sin la necesidad de tejidos animales reales.

La proteína sintetizada de músculo producida en el laboratorio de Zhang es el titin, uno de los tres componentes de proteína mayores del tejido del músculo. Crítica a sus propiedades mecánicas es la talla molecular grande del titin. “Es la proteína mayor conocida de la naturaleza,” dijo a Cameron Sargent, estudiante del doctorado en la división de ciencias biológicas y biomédicas y un primer autor en el papel junto con Christopher Bowen, graduado reciente del doctorado del Ministerio de ingeniería de la Energía, ambiental y química.

Las fibras de músculo han estado de interés durante mucho tiempo, Zhang dijo. Los investigadores han estado intentando diseñar los materiales con las propiedades similares a los músculos para los diversos usos, por ejemplo en robótica de la suavidad.

¿Nosotros nos preguntábamos, “por qué no hacemos apenas directamente los músculos sintetizados? “. Pero no vamos a cosecharlos de animales, nosotros utilizaremos microbios para hacerla.”

Fuzhong Zhang, profesor, Ministerio de ingeniería de la Energía, ambiental y química, universidad de Washington en St. Louis

Para evitar algunas de las entregas que evitan típicamente que las bacterias produzcan las proteínas grandes, el equipo de investigación dirigió bacterias para juntar segmentos más pequeños de la proteína en los polímeros ultraaltos del peso molecular alrededor de dos megadaltons de tamaño - cerca de 50 veces la talla de una proteína bacteriana media. Entonces utilizaron un proceso de mojado-giro para convertir las proteínas en las fibras que eran alrededor diez micrones de diámetro, o las décimas el espesor del cabello humano.

Trabajando con los colaboradores Shin joven junio, profesor en el Ministerio de Energía, ingeniería ambiental y química, y Sinan Keten, profesor en el departamento de la ingeniería industrial en la Universidad Northwestern, el grupo entonces analizaba la estructura de estas fibras para determinar los mecanismos moleculares que habilitan su combinación única de la fortaleza excepcional, de la fuerza, y de la capacidad que amortigua, o la capacidad de disipar energía mecánica como calor.

Independientemente de la ropa sofisticada o del blindaje protector (otra vez, las fibras son más resistentes que Kevlar, el material usado en chalecos a prueba de balas), Sargent señaló que este material tiene muchos usos biomédicos potenciales también. Porque es casi idéntico a las proteínas encontradas en tejido del músculo, este material sintetizado es probablemente biocompatible y podría por lo tanto ser un gran material para las suturas, ingeniería del tejido, y así sucesivamente.

El equipo de la investigación de Zhang no se prepone parar con la fibra de músculo sintetizada. El futuro probablemente llevará a cabo materiales más únicos habilitados por su estrategia microbiana de la síntesis. Bowen, Cameron, y Zhang han presentado una solicitud de patente basada en la investigación.

“La belleza del sistema es que es realmente una plataforma que se puede aplicar dondequiera,” Sargent dijo. “Podemos tomar las proteínas de diversos contextos naturales, después los ponemos en esta plataforma para la polimerización y creamos proteínas más grandes, más largas para los diversos usos materiales con una mayor continuidad.”

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.