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Los investigadores desarrollan un enfoque químico para polimerizar proteínas dentro de microbios

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 modificados. Esto permitió que los microbios produjeran la 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 naturales.

Además: “Su producción puede ser barata y escalable. Puede permitir muchas aplicaciones en las que la gente había pensado antes, pero con fibras musculares naturales ”, dijo 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 sintética producida en el laboratorio de Zhang es la titina, uno de los tres componentes proteicos principales del tejido muscular. El gran tamaño molecular de la titina es esencial para sus propiedades mecánicas. “Es la proteína más grande conocida en la naturaleza”, dijo Cameron Sargent, estudiante de doctorado en la División de Ciencias Biológicas y Biomédicas y primer autor del artículo junto con Christopher Bowen, un reciente Ph.D. del Departamento de energía, medio ambiente y química. Ingenieria.

Las fibras musculares han sido de interés durante mucho tiempo, dijo Zhang. Los investigadores han intentado diseñar materiales con propiedades similares a las de los músculos para diversas aplicaciones, como la robótica blanda.

Nos preguntamos, “¿Por qué no hacemos músculos sintéticos directamente?” “. Pero no vamos a cosecharlos de animales, usaremos microbios para hacerlo “.

Fuzhong Zhang, profesor, Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química de la Universidad de Washington en St. Louis

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

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Junto a los colaboradores Young Shin Jun, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, y Sinan Keten, profesor del 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 dureza, resistencia y capacidad de amortiguación excepcionales, o la capacidad de disipar la energía mecánica en forma de calor.

Aparte de la ropa elegante o la armadura protectora (de nuevo, 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. Debido a que es casi idéntico a las proteínas que se encuentran en el tejido muscular, este material sintético es presumiblemente biocompatible y, por lo tanto, podría ser un material excelente para suturas, ingeniería de tejidos, etc.

El equipo de investigación de Zhang no tiene la intención de detenerse en la fibra muscular sintética. Es probable que el futuro contenga más materiales únicos activados por su estrategia de síntesis microbiana. Bowen, Cameron y Zhang solicitaron una 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 y luego ponerlas en esta plataforma para la polimerización y crear proteínas más grandes y más largas para diversas aplicaciones de materiales con mayor durabilidad”.