Бактерии производят супержесткие волокна из титина

ПодготовилаЕлизавета Минина

Американские ученые разработали биотехнологический способ получения волокон с повышенной жесткостью из мышечного белка титина. Их производят бактерии Escherichia coli. По прочности и жесткости эти волокна превосходят многие синтетические полимеры и при этом являются полностью биоразлагаемыми.

Credit:

Washington University in St. Louis | Пресс-релиз

Синтетические полимерные волокна, отличающиеся повышенной жесткостью, как правило, производят из нефти в ходе экологически грязного процесса, сопровождающегося использованием токсичных растворителей и выделением ядовитых побочных продуктов. Кроме того, синтетические полимеры, как правило, не биоразлагаемы. Группа под руководством исследователей из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) разработала сверхжесткий полимер, состоящий из мышечного белка титина — одного из самых крупных известных белков. Процесс производства нового полимера безопасен для окружающей среды, так как его синтезируют бактерии.

Титин придает мышечной ткани прочность и амортизационные свойства, а также дает ей возможность быстро восстанавливаться после приложения механической силы. Дело в том, что титин — ультравысокомолекулярный белок с массой более 3 МДа, он состоит из сотен повторяющихся иммуноглобулиновых доменов. Предыдущие попытки производства титиноподобных полимеров были неудачными именно из-за его колоссальной молекулярной массы. Новый метод производства полноразмерных титиновых волокон в клетках Escherichia coli основан на in vivo полимеризации небольших фрагментов титина с помощью сплит-интеинов — самовырезающихся белковых последовательностей.

Авторы исследования получили фрагменты ДНК, кодирующие конструкцию следующего строения: N-концевой сплит-интеин — 4 иммуноглобулиновых домена — C-концевой сплит-интеин. Пары сплит-интеинов катализируют реакции самосплайсинга, в результате которых почти полностью вырезаются, а сшитые с ними белковые последовательности (в данном случае 4 Ig-домена) оказываются ковалентно соединенными пептидной связью. (См. схему из статьи.) Иммуноглобулиновые домены были позаимствованы из титина кролика. Длина одного фрагмента, состоящего из двух интеинов и четырех Ig-доменов между ними, достигала 16,4 нм. В клетках, экспрессирующих указанную конструкцию, образовывались титиновые полимеры средней массой 2,4 МДа.

После выделения наработанных белковых полимеров спектроскопия кругового дихроизма подтвердила, что их структура соответствует структуре титиновых волокон. С помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии ученые получили изображения синтезированных бактериями титиновых волокон и установили, что их диаметр достигает 6-7 нм, что примерно соответствует диаметру мышечных титиновых волокон.

Ученые смогли собрать титиновые волокна бактериального происхождения в более толстые структуры диаметром около 10 мкм, в которых отдельные волокна образуют β-листы. Полученные волокна обладают прекрасными механическими свойствами, по жесткости и прочности превосходя многие синтетические аналоги (по жесткости превосходит кевлар, отмечается в пресс-релизе Вашингтонского университета). Авторы работы отмечают, что новый материал способен найти самое широкое применение, от биомедицины до текстильной промышленности. Поскольку он практически идентичен белкам мышечной ткани, он должен быть биосовместимым и поэтому может быть отличным материалом для швов или тканевой инженерии.

Источник

Publicējis intinja

Esmu 60 gadus veca Dzivoju Rezeknes novada

Atbildēt

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com logotips

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Mainīt )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Mainīt )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Mainīt )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Mainīt )

Connecting to %s

%d bloggers like this: