Metabolički projektirane bakterije proizvode umjetnu paučinu

Istraživači su dugo zavidjeli sposobnosti pauka da napravi laganu nit koja je snažna i tvrda kao čelik ili kevlar. Doista, tanja od ljudske kose, prema težini pet puta jača od čelika, a tri puta tvrđa nego vrhunska umjetna vlakna od kevlara, nit paučine je idealan materijal za brojne primjene. Predložene industrijske primjene sežu od padobranskog užeta i zaštitne odjeće do kompozitnih materijala u zrakoplovstvu. Također, predviđaju se mnoge biomedicinske primjene zbog svoje biokompatibilnosti i biološke razgradljivosti.

Nažalost, prirodna nit paučine ne može se lako dobiti uzgojem pauka jer su oni vrlo teritorijalni i agresivni. Da bi se razvio održiv proces dobivanja paučine, mogu li znanstvenici pripremiti masovnu proizvodnju umjetnih paukovih niti koje će zadržati nevjerojatna materijalna svojstva prirodne paučine? To žele saznati Yup Sang Lee na Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) u Daejeonu u Republici Koreji i njegovi suradnici, profesorica Young Hwan Park na Seoul National University i profesor David Kaplan na Tufts University. Njihova metoda je vrlo slična onome što pauk u osnovi čini: prvo, ekspresija rekombinantnih proteina niti, i drugo, pretvaranje topljivih proteina niti u netopljiva vlakna pomoću rotiranja.

Za uspješnu ekspresiju visoke molekularne mase proteina paučine, profesor Lee i njegovi kolege izvukli su gen iz kemijski sintetiziranog oligonukleotida, a zatim ga umetnuli u domaćina ekspresije (u ovom slučaju, to je bakterija Escherichia coli koja se normalno nalazi u našim crijevima). U početku, bakterije su odbile izazovni zadatak proizvodnje visoke molekularne mase proteina niti paučine zbog jedinstvenih karakteristika proteina, kao što su njihove izuzetno velike dimenzije, ponavljajuća priroda strukture proteina i obilje pojedinih aminokiselina glicina. “Da bi E. coli sintetizirala ove ultra visoke molekularne težine proteina paukove niti (velike kao 285 kilodaltona) s visoko repetitivnim sekvencama aminokiselina, pomogli smo E. coli prevladati teškoće pomoću sustava metaboličkog inženjeringa”, kaže Lee Sang Yup, istaknuti profesor na KAIST-u, koji je vodio ovaj projekt. Njegov tim je razvio glycyl-tRNA, glavni element u sintezi paukove mreže. “Dobili smo dragocjenu količinu od 285 kilodaltona proteina paukove niti, što je najveći rekombinantni protein paučine ikad proizvedene u E. coli. To je stvarno nevjerojatno,” kaže dr. Xia.

Ali to je tek prvi korak. Tim sa KAIST-a uzgaja kulture visoke gustoće stanica za masovnu proizvodnju rekombinantnog proteina paučine. Nadalje, ekipa je razvila jednostavan i prilagodljiv proces za pročišćavanje rekombinantnih proteina paučine. Pročišćeni proteini paučine mogu biti spojeni u vlakno paučine. Za istraživanje mehaničkih svojstava umjetne paučine, istraživači su odredili upornost, istezanje i Youngov modul elastičnosti kao tri kritična mehanička parametra koji predstavljaju snagu vlakana, rastezljivost i ukočenost. A što je još važnije, umjetno vlakno prikazuje upornost, istezanje i Youngov modul elastičnosti od 508 MPa, 15% i 21 GPa, što su vrijednosti usporedive s onima kod prirodne paučine.

“Ponudili smo cjelokupnu platformu za masovnu proizvodnju umjetne paučine sasvim nalik prirodnoj. Ova platforma će nam omogućiti širu industrijsku i biomedicinsku primjenu paukovih niti. Osim toga, i mnogi drugi svilenasti biomaterijali poput elastina, kolagena, rezilina i ostalih ponavljajućih proteina imaju značajke slične paukovim nitima. Stoga, naša bi platforma također trebala biti korisna za njihovu efikasnu bio-proizvodnju i primjenu”, zaključuje profesor Lee.

Izvor: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

Izvor: http://znanost.geek.hr/clanak/metabolicki-projektirane-bakterije-proizvode-umjetnu-paucinu/#ixzz2C0EDRYnX

Leave a Comment