微生物降解纖維素的原理-tft每日頭條

微生物降解纖維素的原理

生活更新时间:2024-06-22 03:55:03

你會穿由肌肉纖維制成的衣服嗎？用它們來系鞋帶，甚至把它們當作皮帶來穿？這聽起來可能有點奇怪，但如果這些纖維在斷裂前能承受比棉、絲、尼龍甚至凱夫拉更多的能量，那麼為什麼不呢？别擔心，這種肌肉可以在不傷害任何動物的情況下生産。

微生物降解纖維素的原理（合成生物學使微生物能夠制造出比凱夫拉纖維更堅韌的肌肉纖維）1

聖路易斯華盛頓大學McKelvey工程學院的研究人員開發了一種合成化學方法，在工程微生物内部聚合蛋白質。這使微生物能夠産生高分子量的肌肉蛋白--钛蛋白，然後将其紡成纖維。他們的研究發表在2021年8月30日星期一的《自然通訊》雜志上。

"它的生産可以是廉價和可擴展的。"能源、環境和化學工程系教授Zhang Fuzhong說："它可能會實現人們以前想到的許多應用，但要用天然的肌肉纖維。現在，這些應用可能在不需要實際動物組織的情況下實現。"

Zhang的實驗室生産的合成肌肉蛋白是titin，是肌肉組織的三個主要蛋白成分之一。對其機械性能至關重要的是titin的大分子尺寸。它是自然界中最大的已知蛋白質。肌肉纖維已經被關注了很久。研究人員一直在嘗試設計具有與肌肉類似特性的材料，用于各種應用，如軟體機器人。

為了規避通常阻礙細菌生産大型蛋白質的一些問題，研究小組設計了細菌，将較小的蛋白質片段拼接成大小約為2兆道爾頓的超高分子量聚合物--約為普通細菌蛋白質的50倍。然後他們使用濕法紡紗工藝将蛋白質轉化為直徑約為10微米的纖維，或人類頭發厚度的十分之一。

與合作者能源、環境和化學工程系教授Young Shin Jun和西北大學機械工程系教授Sinan Keten合作，該小組随後分析了這些纖維的結構，以确定使其獨特的韌性、強度和阻尼能力（或将機械能量作為熱量散失的能力）相結合的分子機制。

除了花哨的衣服或保護性盔甲（同樣，這種纖維比防彈背心中使用的凱夫拉材料更堅韌），薩金特指出，這種材料也有許多潛在的生物醫學應用。因為它與肌肉組織中的蛋白質幾乎相同，這種合成材料據推測具有生物相容性，因此可以成為縫合線、組織工程等方面的絕佳材料。

Zhang的研究小組并不打算在合成肌肉纖維上止步。未來可能會有更多由他們的微生物合成策略促成的獨特材料。Bowen、Cameron和Zhang已經在研究的基礎上提交了一份專利申請。該系統的魅力在于它确實是一個可以應用于任何地方的平台。可以從不同的自然環境中獲取蛋白質，然後把它們放入這個平台進行聚合，并為各種材料應用創造更大、更長的蛋白質，具有更大的可持續性。

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