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La biología sintética permite a los microbios desarrollar músculo

Investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un enfoque de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios diseñados. Esto permitió a los microbios producir una proteína muscular de alto peso molecular, titina, que luego se hilaba en fibras. En el futuro, este material se puede utilizar en la ropa o incluso como equipo de protección. Crédito: Universidad de Washington en St. Louis

¿Usas ropa hecha de fibras musculares? ¿Usarlo para atarse los zapatos o incluso usarlo como cinturón? Puede sonar un poco extraño, pero si estas fibras retienen más energía antes de romperse que el algodón, la seda, el nailon o incluso el kevlar, ¿por qué no?


No se preocupe, este músculo se puede producir sin dañar a un solo animal.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un enfoque de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios diseñados. Esto permitió a los microbios producir una proteína muscular de alto peso molecular, titina, que luego se hilaba en fibras.

Su investigación fue publicada el lunes 30 de agosto en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Además: “Puede ser económico de producir y escalable. Podría permitir muchas aplicaciones en las que la gente pensaba anteriormente, pero con aplicaciones naturales fibras muscularesdijo Fuzhong Zhang, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química. Ahora, estas aplicaciones pueden realizarse sin la necesidad de tejido animal real.

La proteína muscular artificial producida en el laboratorio de Zhang es la titina, que es uno de los tres componentes proteicos principales del tejido muscular. crítico para ella propiedades mecánicas es el gran tamaño molecular de la titina. “Es la proteína más grande conocida en la naturaleza”, dijo Cameron Sargent, Ph.D. Estudiante del Departamento de Ciencias Biológicas y Biomédicas y primer autor del artículo con Christopher Bowen, PhD recientemente. Egresado del Departamento de Energía, Medio Ambiente e Ingeniería Química.

Zhang dijo que las fibras musculares han sido un tema de interés durante mucho tiempo. Los investigadores están intentando diseñar materiales con propiedades musculares similares para diferentes aplicaciones, como la robótica blanda. “Nos preguntamos, ‘¿Por qué no hacemos músculos sintéticos de inmediato?'”, Dijo. “Pero no vamos a cosecharlo de los animales, vamos a utilizar microbios para hacer eso”.

Para eludir algunos de los problemas que normalmente impiden que las bacterias produzcan proteínas grandes, el equipo de investigación diseñó bacterias para sintetizar porciones más pequeñas de la proteína en polímeros de muy alto peso molecular a 2 megadaltons, aproximadamente 50 veces el tamaño de las bacterias promedio. proteína. Luego utilizaron un proceso de hilado en húmedo para convertir las proteínas en fibras de aproximadamente diez micrones de diámetro, o una décima parte del grosor de un cabello humano.

Trabajando con los colaboradores Young Shin Jun, profesor en el Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, y Sinan Keten, Profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Northwestern, el grupo luego analizó la estructura de estas fibras para identificar los mecanismos moleculares que permiten su combinación única de tenacidad, resistencia y capacidad de amortiguación, excepcional, o la capacidad de disipar la energía mecánica en forma de calor.

Aparte de la ropa elegante o la armadura corporal (nuevamente, las fibras son más fuertes que el Kevlar, el material utilizado en los chalecos antibalas), Sargent señaló que este material también tiene muchas aplicaciones biomédicas potenciales. Dado que es casi idéntico a las proteínas que se encuentran en el tejido muscular, se supone que este material sintético es biocompatible y, por lo tanto, podría ser un gran material para suturas, ingeniería de tejidos, etc.

El equipo de investigación de Zhang no tiene la intención de detener las formulaciones músculo lo básico. Es probable que el futuro contenga materiales más exclusivos gracias a la estrategia de síntesis microbiana. Bowen, Cameron y Zhang presentaron una solicitud de patente basada en la investigación.

“La belleza del sistema es que realmente es una plataforma que se puede aplicar en cualquier lugar”, dijo Sargent. “Podemos tomar proteínas de diferentes contextos naturales, luego ponerlas en esta plataforma de polimerización y hacer proteínas más grandes y más largas para diferentes aplicaciones de materiales con mayor sostenibilidad”.


Fibras producidas por microbios: más fuertes que el acero, más fuertes que el kevlar


más información:
La producción microbiana de michaelton titina da como resultado fibras con propiedades mecánicas beneficiosas, Conexiones con la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-25360-6

La frase: La biología sintética permite a los microbios desarrollar músculo (2021, 30 de agosto). Consultado el 30 de agosto de 2021 en https://phys.org/news/2021-08-synthetic-biology-enables-microbes-muscle.html

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