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 a los microbios producir la proteína muscular de alto peso molecular, titina, que luego se convirtió en fibra.

Su investigación fue publicada el lunes 30 de agosto en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Además: «Su producción puede ser barata y escalable. Puede permitir muchas aplicaciones en las que la gente había pensado anteriormente, pero con fibras musculares naturales», dijo Fuzhong Zhang, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química. Ahora, estas aplicaciones pueden realizarse sin 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. Fundamental para sus propiedades mecánicas es el gran tamaño molecular de la titina. «Es la proteína más grande conocida en la naturaleza», dijo Cameron Sargent, estudiante de doctorado en la División de Ciencias Biológicas y Biomédicas y uno de los primeros autores del artículo junto con Christopher Bowen, un recién graduado de doctorado del Departamento de Energía, Medio Ambiente. e Ingeniería Química.

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

Nos preguntamos: ‘¿Por qué no hacemos músculos sintéticos directamente?’ Pero no los vamos a cosechar de los animales, vamos a usar microbios para hacer eso. «

Fuzhong Zhang, profesor del 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 ensamblar segmentos más pequeños de la proteína en polímeros de peso molecular ultra alto de alrededor de dos megadaltons de tamaño, aproximadamente 50 veces el tamaño de una proteína promedio. bacterias. Luego utilizaron un proceso de hilado en húmedo para convertir las proteínas en fibras de aproximadamente diez micrones de diámetro, o una décima parte del grosor del cabello humano.

En colaboración con los colaboradores Young Shin Jun, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Químicos, y Sinan Keten, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Northwestern, el grupo analizó la estructura de estas fibras para identificar los mecanismos moleculares que permiten su combinación única de resistencia, resistencia y capacidad de amortiguación excepcionales, o la capacidad de disipar la energía mecánica en forma de calor.

Además de la ropa extravagante o la armadura protectora (nuevamente, 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, puede ser un gran material para suturas, ingeniería de tejidos, etc.

El equipo de investigación de Zhang no tiene la intención de detener la fibra muscular sintética. Es probable que el futuro contenga materiales más exclusivos gracias a su estrategia de síntesis microbiana. Bowen, Cameron y Zhang han solicitado una patente basada en la investigación.

«La belleza del sistema es que es realmente una plataforma que se puede aplicar en cualquier lugar», dijo Sargent. «Podemos tomar proteínas de diferentes contextos naturales y luego colocarlas en esta plataforma para la polimerización y crear proteínas más grandes y duraderas para diversas aplicaciones de materiales con mayor sostenibilidad».