Dolar 9,3218
Euro 10,8357
Altın 529,53
BİST 1.418
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 16 °C
Sağanak Yağışlı

Tasarlanmış Bakteriler Tarafından Üretilen İnanılmaz Lifler: Çelikten Daha Güçlü, Kevlardan Daha Sert

26.07.2021
70
Tasarlanmış Bakteriler Tarafından Üretilen İnanılmaz Lifler: Çelikten Daha Güçlü, Kevlardan Daha Sert

Tarafından

128 tekrarlanan proteinlere sahip polimerik amiloid lifi. Kredi bilgileri: Jingyao Li

Zhang laboratuvarında geliştirilen yapay olarak tasarlanmış amiloid-ipek hibrit proteini, bazı örümcek ipeklerinden bile daha iyi performans gösteriyor.

Örümcek ipeğinin dünyadaki en güçlü, en sert malzemelerden biri olduğu söylenir. Şimdi St. Louis’deki Washington Üniversitesi’ndeki mühendisler, amiloid ipek hibrit proteinleri tasarladılar ve bunları tasarlanmış bakterilerde ürettiler. Ortaya çıkan lifler, bazı doğal örümcek ipeklerinden daha güçlü ve daha serttir.

Araştırmaları dergide yayınlandı. ACS Nano.

Bükülmüş Polimerik Amiloid Elyaf

128 tekrarlı proteinler, yaygın çelikten daha güçlü olan gigapaskal mukavemete sahip bir lif ile sonuçlandı. Liflerin tokluğu Kevlar’dan ve önceki tüm rekombinant ipek liflerinden daha yüksektir. Mukavemeti ve tokluğu, bildirilen bazı doğal örümcek ipeği liflerinden bile daha yüksektir. Kredi: St. Louis/Jingyao Li’deki Washington Üniversitesi

Kesin olmak gerekirse, “polimerik amiloid” lifi olarak adlandırılan yapay ipek, teknik olarak araştırmacılar tarafından değil, Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Fuzhong Zhang’ın laboratuvarında genetiği değiştirilmiş bakteriler tarafından üretildi. McKelvey Mühendislik Okulu.

Zhang daha önce örümcek ipeği ile çalışmıştı. 2018’de laboratuvarı, tüm önemli mekanik özelliklerde doğal benzerleriyle eşit performansa sahip bir rekombinant örümcek ipeği üreten bakterileri geliştirdi.

Zhang, “Önceki çalışmalarımızdan sonra, sentetik biyoloji platformumuzu kullanarak örümcek ipeğinden daha iyi bir şey yaratıp yaratamayacağımızı merak ettim” dedi.

Zhang’ın laboratuvarında doktora öğrencisi olan ilk yazar Jingyao Li’yi içeren araştırma ekibi, örümcek ipeğinin bazı çekici özelliklerini korurken, yeni özellikler tanıtmak için örümcek ipeği proteinlerinin amino asit dizisini değiştirdi.

Doğal örümcek ipeği dizisinden önemli bir değişiklik olmaksızın – rekombinant örümcek ipeği lifi ile ilişkili bir problem, doğal örümcek ipeğinin ana bileşeni olan ve gücüne katkıda bulunan β-nanokristalleri yaratma ihtiyacıdır. Zhang, “Örümcekler, istenen miktarda nanokristal ile lifleri nasıl döndüreceklerini anladılar” dedi. “Fakat insanlar yapay eğirme işlemleri kullandığında, sentetik ipek lifindeki nanokristallerin miktarı genellikle doğal emsalinden daha düşüktür.”

Bu sorunu çözmek için ekip, β-nanokristaller oluşturma eğilimi yüksek olan amiloid dizilerini ekleyerek ipek dizisini yeniden tasarladı. Temsilciler olarak iyi çalışılmış üç amiloid dizisini kullanarak farklı polimerik amiloid proteinleri yarattılar. Ortaya çıkan proteinler, örümcek ipeğinden daha az tekrarlayan amino asit dizilerine sahipti ve bu da mühendislik bakterileri tarafından üretilmelerini kolaylaştırdı. Sonuç olarak, bakteri 128 tekrar üniteli bir hibrit polimerik amiloid proteini üretti. Benzer tekrarlayan birimlerle örümcek ipeği proteininin rekombinant ekspresyonunun zor olduğu kanıtlanmıştır.

Farklı Liflerin Tokluğu ve Mukavemeti

Bu çizelge, farklı doğal ve rekombinant ipek liflerinin tokluğunu ve gücünü karşılaştırır. Kırmızı, Fuzhong Zhang’ın laboratuvarında geliştirilen polimerik amiloid lifidir. Kredi: St. Louis/Jingyao Li’deki Washington Üniversitesi

Protein ne kadar uzun olursa, elde edilen lif o kadar güçlü ve sert olur. 128 tekrarlı proteinler, yaygın çelikten daha güçlü olan gigapaskal kuvvete (sabit çaplı bir lifi kırmak için ne kadar kuvvet gerektiğinin bir ölçüsü) sahip bir lifle sonuçlandı. Liflerin tokluğu (bir lifi kırmak için ne kadar enerji gerektiğinin bir ölçüsü), Kevlar’dan ve önceki tüm rekombinant ipek liflerinden daha yüksektir. Mukavemeti ve tokluğu, bildirilen bazı doğal örümcek ipeği liflerinden bile daha yüksektir.

Ekip, Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Young-Shin Jun ve onun doktora öğrencisi Yaguang Zhu ile işbirliği içinde, polimerik amiloid liflerinin yüksek mekanik özelliklerinin gerçekten de artan miktarda β-nanokristallerden geldiğini doğruladı. .

Bu yeni proteinler ve ortaya çıkan lifler, Zhang laboratuvarındaki yüksek performanslı sentetik lifler için hikayenin sonu değil. Daha yeni başlıyorlar. Zhang, “Bu, doğadaki en iyi malzemeyi yenen malzemeler üretmek için biyoloji mühendisliği yapabileceğimizi gösteriyor.” Dedi.

Bu çalışma, doğal örümcek ipeğinin özelliklerini potansiyel olarak artırabilecek binlerce farklı amiloid dizisinden sadece üçünü araştırdı. Li, “Platformumuzu kullanarak yüksek performanslı malzemelerin mühendisliğinde sınırsız olanaklar var gibi görünüyor” dedi. “Muhtemelen diğer dizileri kullanabilir, onları tasarımımıza yerleştirebilir ve ayrıca performansı artırılmış bir fiber elde edebilirsiniz.”

Referans: Jingyao Li, Yaguang Zhu, Han Yu, Bin Dai, Young-Shin Jun ve Fuzhong Zhang, 12 Temmuz 2021, “Mikrobik Olarak Sentezlenmiş Polimerik Amiloid Elyaf β-Nanokristal Oluşumunu Destekler ve Gigapascal Çekme Dayanımını Gösterir”, ACS Nano.
DOI: 10.1021 / acsnano.1c02944

Bu araştırma, Birleşik Devletler Tarım Bakanlığı, No. 20196702129943 ve Office of Naval Research No. N000141912126 tarafından desteklenmiştir.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.