Вчені створили штучний білок, з якого виходять надміцні волокна

Китайські вчені спроєктували на комп'ютері штучний білок SuperMyo і отримали з нього волокна з міцністю на розрив до 372 МПа. Головна несподіванка в тому, що для такої міцності знадобилося лише чотири повтори білкового блоку, тоді як для порівнянних матеріалів раніше потрібні були білки з десятками повторів. Розробка може здешевити виробництво біосумісних хірургічних ниток і штучних м'язів.

Дослідження провели науковці Нанкінського університету, Університету Китайської академії наук і Інституту прикладної хімії в Чанчуні, повідомляє Nature Communications. 

Штучний білок SuperMyo: у чому ідея

Підписуйтеся на наші соцмережі

Звичний шлях до міцних білкових волокон, на зразок штучного шовку, полягає в тому, щоб нарощувати довжину білка: що більше повторів у ланцюжку, то міцніша нитка. Проблема в тому, що такі довгі білки погано синтезуються бактеріями, тож їх важко виробляти у великих обсягах.

Автори пішли протилежним шляхом. Замість довшого ланцюжка вони зробили міцнішим кожен окремий блок. Для цього вчені за допомогою комп'ютерного дизайну перебудували домени на основі імуноглобуліну так, щоб ділянки, які тримають навантаження, утворювали надзвичайно щільну мережу водневих зв'язків. У результаті сила, потрібна, щоб «розгорнути» такий білок, майже вдвічі перевищила показник природних доменів імуноглобуліну.

Міцність 372 МПа: що показали волокна

Із мінімальної конструкції з чотирьох повторів учені методом мокрого формування витягнули безперервні макроскопічні волокна. Їхня міцність на розрив сягнула 372 МПа, а енергія, яку волокно поглинає до розриву, 61 МДж/м³.

За словами авторів, такі показники відповідають або перевищують результати волокон, спрядених з білків з набагато більшою кількістю повторів, наприклад з 64. Структурний аналіз показав, що стабільніші білкові блоки краще кристалізуються і вирівнюються під час формування волокна, тож нитка виходить міцнішою.

Де можуть застосовувати SuperMyo

Найближчі сфери застосування стосуються медицини: біосумісні хірургічні нитки і матеріали для штучних м'язів. Ширше розробка показує спосіб виробляти міцні біоматеріали з коротких білків, які простіше масово синтезувати бактеріями, без залежності від тваринної сировини, як у випадку з натуральним шовком.

Чого поки не знаємо

Робота перебуває на стадії лабораторного концепту. Незалежного відтворення результатів іншими командами ще не було, а виготовили лише обмежену кількість зразків. Відкритими залишаються питання, як волокна поводяться під час тривалої експлуатації у вологому середовищі, як вони розкладаються і скільки коштуватиме виробництво в промислових біореакторах. Саме дані про масштабування і собівартість покажуть, чи вийде SuperMyo з лабораторії.