تساعد الميكروبات البيولوجية الاصطناعية في بناء العضلات

هل ترتدي ملابس مصنوعة من ألياف العضلات؟ هل يمكنك استخدامها لربط حذائك أو ارتدائها كحزام؟ قد يبدو الأمر مختلفًا بعض الشيء ، ولكن إذا كانت هذه الألياف تتحمل طاقة أكبر قبل أن تنكسر أكثر من القطن أو الحرير أو النايلون أو كيفلر ، فلماذا لا؟

لا تقلق ، فهذه العضلة يمكن أن تتطور دون الإضرار بحيوان.

طور باحثون في مدرسة McKelvey للهندسة بجامعة واشنطن في سانت لويس نهجًا كيميائيًا اصطناعيًا لبلمرة البروتينات داخل الكائنات الدقيقة الهندسية. ساعد هذا الميكروبات على إنتاج بروتين العضلات عالي الوزن الجزيئي ديتين ، والذي تم بعد ذلك لفه إلى ألياف.

نُشرت دراستهم في عدد 30 أغسطس من المجلة اتصالات طبيعية.

وأضاف: “إنتاجه رخيص وقابل للتطوير ، ويمكنه تنفيذ العديد من التطبيقات التي كان يفكر بها الناس من قبل ، لكنه طبيعي. ألياف عضليةقال البروفيسور فوشونج زانج من قسم الطاقة والبيئة والهندسة الكيميائية. الآن ، يمكن تنفيذ هذه التطبيقات دون الحاجة إلى أنسجة حيوانية حقيقية.

يعتبر Ditin ، وهو بروتين عضلي اصطناعي يتم إنتاجه في مختبر Jong ، أحد مكونات البروتين الرئيسية الثلاثة في أنسجة العضلات. من المهم الخواص الميكانيكية وزن جزيئي كبير من التيتانيوم. قال الرقيب دكتوراه كاميرون “هذا هو أكبر بروتين معروف في الطبيعة”. كريستوفر بوين ، طالب في قسم الأحياء والعلوم الطبية الحيوية وأول كاتب على الورق ، حاصل على درجة الدكتوراه مؤخرًا. خريج في الطاقة والبيئة والهندسة الكيميائية.

قال تشانغ إن ألياف العضلات كانت مهتمة لفترة طويلة. يحاول الباحثون تصميم مواد ذات خصائص مماثلة للعضلات لتطبيقات مختلفة مثل الروبوتات اللينة. “تساءلنا ،” لماذا لا نبني عضلات اصطناعية بشكل مباشر؟ ” “لكننا لن نحصدها من الحيوانات ، سنستخدم الميكروبات للقيام بذلك.”

لتجنب بعض المشاكل التي تمنع البكتيريا من إنتاج بروتينات كبيرة ، صمم فريق البحث البكتيريا لدمج الكسور الصغيرة في بوليمرين عاليي الوزن الجزيئي يصل إلى 50 ميغا مولت – 50 ضعف حجم البكتيريا المتوسطة بروتين. ثم استخدموا عملية الغزل الرطب لتحويل البروتينات إلى ألياف قطرها عشرة ميكرونات أو عُشر سماكة شعر الإنسان.

درس الفريق بنية هذه الألياف لتحديد الآليات الجزيئية التي عملت بالتعاون مع البروفيسور يونغ شين جون من قسم الطاقة والبيئة والهندسة الكيميائية والبروفيسور سنان كيتن من قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة نورث وسترن. إنه مزيج فريد من الصلابة والقوة والقدرة على تبديد الطاقة الميكانيكية أو تبديد الحرارة.

أشار الرقيب إلى أن هذه المادة لها العديد من التطبيقات الطبية الحيوية المحتملة ، باستثناء الملابس الفاخرة أو الدروع الواقية (مرة أخرى ، الألياف أقوى من مادة كيفلر ، المادة المستخدمة في السترات الواقية من الرصاص). نظرًا لأنها متطابقة تقريبًا مع البروتينات الموجودة في الأنسجة العضلية ، فإن هذه المادة الاصطناعية قابلة للتحلل بشكل غير مباشر ، لذلك قد تكون مادة ممتازة للخياطة وهندسة الأنسجة وغير ذلك.

لم يرغب فريق بحث جونغ في التوقف بشكل مصطنع عضلة سيشمل مستقبل الألياف منتجات فريدة يتم تنفيذها من خلال إستراتيجية التوليف الميكروبي الخاصة بهم. قدّم بوين وكاميرون وزانغ طلب براءة اختراع بناءً على البحث.

قال الرقيب: “جمال النظام هو أنه حقًا موقع يمكن استخدامه في أي مكان”. “يمكننا أن نأخذ بروتينات من بيئات طبيعية مختلفة ثم نضعها على هذه المنصة من أجل البلمرة وإنشاء بروتينات أكبر وأطول لتطبيقات المواد المختلفة بمتانة أكبر.”