La naturaleza ha desarrollado sustancias basadas en proteínas con propiedades mecánicas que rivalizan incluso con los mejores materiales sintéticos. Por ejemplo, libra por libra, la seda de araña es más fuerte y más dura que el acero. Pero a diferencia del acero, la fibra natural no puede ser producida en masa. Hoy en día, los científicos informan un nuevo método que aprovecha las bacterias modificadas para producir seda de araña y otras proteínas difíciles de fabricar que podrían ser útiles durante futuras misiones espaciales.
Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Química Americana ACS Primavera 2019.
"En la naturaleza, hay muchos materiales a base de proteínas que tienen propiedades mecánicas sorprendentes, pero el suministro de estos materiales a menudo es limitado", dice Fuzhong Zhang, Ph.D., investigador principal del proyecto. "Mi laboratorioestá interesado en la ingeniería de microbios para que no solo podamos producir estos materiales, sino también mejorarlos ".
Si se produce en cantidades suficientes, la seda de araña podría usarse para una variedad de aplicaciones, desde telas a prueba de balas hasta suturas quirúrgicas. Pero la seda de araña no es fácil de cultivar: las arañas producen pequeñas cantidades y algunas especies se vuelven caníbalescuando se mantienen en grupos. Por lo tanto, los científicos han intentado diseñar bacterias, levaduras, plantas e incluso cabras para producir seda de araña, pero aún no han podido replicar completamente las propiedades mecánicas de la fibra natural.
Parte del problema es que las proteínas de seda de araña están codificadas por secuencias de ADN muy largas y muy repetitivas. Las arañas han desarrollado formas de mantener estas secuencias en su genoma. Pero cuando los científicos colocan este tipo de ADN en otros organismos, los genes sonZhang y sus colegas de la Universidad de Washington en St. Louis se preguntaron si podían romper las secuencias largas y repetitivas en bloques más cortos que las bacterias podrían manejar y convertir en proteínas.los investigadores podrían ensamblar las proteínas más cortas en la fibra de seda de araña más larga.
El equipo introdujo genes en las bacterias que codificaron dos piezas de la proteína de seda de araña, cada una flanqueada por una secuencia llamada inteína dividida. Las inteínas divididas son secuencias de proteínas naturales con actividad enzimática: se pueden unir dos inteínas divididas en diferentes fragmentos de proteínas y luegose cortaron para producir una proteína intacta. Después de introducir los genes, los investigadores rompieron las bacterias y purificaron los pedazos cortos de proteína de seda de araña. Al mezclar los fragmentos, se unieron a través del "pegamento" de la secuencia de inteína dividida, queluego se corta para producir la proteína de longitud completa. Cuando se hila en fibras, la seda de araña producida microbianamente tiene todas las propiedades de la seda de araña natural, incluida una resistencia, dureza y capacidad de estiramiento excepcionales. Los investigadores obtuvieron más seda con este método que ellos.podrían de las arañas hasta dos gramos de seda por litro de cultivo bacteriano, y actualmente están tratando de aumentar aún más el rendimiento.
Los investigadores pueden hacer varias proteínas repetitivas simplemente cambiando el ADN de la seda de araña y colocando otras secuencias en bacterias. Por ejemplo, los investigadores utilizaron la técnica para hacer una proteína a partir de mejillones que se adhiere fuertemente a las superficies. La proteína podría algún día aplicarsecomo adhesivo subacuático. Ahora, los investigadores están trabajando en simplificar el proceso para que la reacción de unión a proteínas pueda ocurrir dentro de las células bacterianas. Esto mejoraría la eficiencia y la potencial automatización del sistema porque los investigadores no tendrían que purificar las dos piezas.de la proteína y luego incubarlos juntos.
Zhang señala que, además de las aplicaciones aquí en la Tierra, el sistema de producción de proteínas bacterianas podría ser útil durante las misiones espaciales. "La NASA es uno de nuestros patrocinadores y están interesados en la bioproducción", dice. "Actualmente se están desarrollandotecnologías en las que pueden convertir el dióxido de carbono en carbohidratos que podrían usarse como alimento para los microbios que estamos diseñando. De esa manera, los astronautas podrían producir estos materiales basados en proteínas en el espacio sin traer una gran cantidad de materia prima ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad Americana de Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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