در تولید فیبرهای عضلانی مصنوعی که سخت تر از کولار هستند، هیچ جانداری آسیب نخواهد دید. آیا از لباس ساخته شده از الیاف ماهیچه ای استفاده می کنید؟ از آنها بعنوان بند کفش یا به عنوان کمربند استفاده کنید؟ ممکن است کمی عجیب به نظر برسد، اما اگر این الیاف هنگام شکستن می توانند نسبت به پنبه، ابریشم، نایلون یا حتی کولار انرژی بیشتری را تحمل می کنند، پس چرا که نه؟
نگران نباشید، این ماهیچه می تواند بدون آسیب رساندن به یک جاندار تولید شود.
محققان دانشکده مهندسی مک کلوی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس رویکرد شیمی مصنوعی را برای پلیمریزاسیون پروتئین ها در میکروب های مهندسی شده توسعه داده اند. این رویکرد، میکروب ها را قادر به تولید پروتئین عضلانی با وزن مولکولی بالا به نام تایتین می کند که سپس به فیبر تبدیل می شود. همچنین تولید آن می تواند ارزان و مقیاس پذیر باشد.
تولید این الیاف ممکن است بسیاری از کاربردهایی که مردم قبلاً در مورد آنها فکر می کردند را امکانپذیر سازد، اما با کمک فیبرهای عضلانی طبیعی. در حال حاضر ، این کاربردها ممکن است بدون نیاز به بافتهای حیوانی به نتیجه برسند.
پروتئین مصنوعی ماهیچه تولید شده در این پژوهش تایتین است که یکی از سه جزء اصلی پروتئین بافت ماهیچه ای است. اندازه مولکولی بزرگ تیتین برای خواص مکانیکی آن بسیار مهم است. این پروتئین بزرگترین پروتئین شناخته شده در طبیعت است.
فیبرهای عضلانی از دیرباز مورد توجه بوده اند. محققان سعی کرده اند موادی با خواص مشابه ماهیچه ها برای کاربردهای مختلف مانند رباتیک نرم طراحی کنند.
ژانگ، رئیس این تیم پژوهشی می گوید: چرا ما مستقیماً عضلات مصنوعی نمی سازیم؟ ما قصد نداریم آنها را از جانوران به دست آوریم، بلکه برای انجام این کار از میکروب ها استفاده می کنیم.
به منظور غلبه بر برخی از مشکلاتی که معمولاً باکتری ها را از تولید پروتئین های بزرگ باز می دارند، تیم تحقیقاتی باکتری های مهندسی شده ای تولید کردند تا بخشهای کوچکتری از پروتئین را به پلیمرهای با وزن مولکولی فوق العاده بالا در اندازه دو مگادالتون متصل کنند، حدود 50 برابر اندازه یک پروتئین باکتریایی متوسط. سپس آنها از یک فرآیند ریسندگی مرطوب برای تبدیل پروتئین ها به الیافی با قطر حدود ده میکرون یا یک دهم ضخامت موی انسان استفاده کردند.
سپس این گروه پژوهشی، ساختار این الیاف را تجزیه و تحلیل کردند تا مکانیسم های مولکولی را شناسایی کنند که ویژگی های منحصر به فرد این الیاف را (چقرمگی استثنایی، استحکام و ظرفیت میرایی فوق العاده یا توانایی اتلاف انرژی مکانیکی به عنوان گرما) ایجاد می کند.
ااین الیاف سخت تر از کولار، ماده ای که در جلیقه های ضد گلوله استفاده می شود، هستند و علاوه بر لباس های فانتزی یا زره های محافظ، کاربردهای بالقوه بیومدیکال نیز دارند. از آنجا که تقریباً شبیه پروتئین های موجود در بافت ماهیچه ای هستند، این الیاف مصنوعی احتمالاً زیست سازگار هستند و بنابراین می توانند یک ماده عالی برای بخیه، مهندسی بافت و غیره باشند و قطعاً در آینده کاربردهای بیشتری پیدا خواهد کرد.
یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی میگوید: زیبایی این سیستم این است که در واقع یک پلتفرم است که می تواند در هر مکانی استفاده شود. ما می توانیم پروتئین ها را از زمینه های طبیعی مختلف تهیه کنیم، سپس آنها را برای پلیمریزاسیون در این بستر قرار دهیم و پروتئین های بزرگتر و طولانی تری را برای کاربردهای مختلف با پایداری بیشتر ایجاد کنیم.
Reference: “Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties” by Christopher H. Bowen, Cameron J. Sargent, Ao Wang, Yaguang Zhu, Xinyuan Chang, Jingyao Li, Xinyue Mu, Jonathan M. Galazka, Young-Shin Jun, Sinan Keten and Fuzhong Zhang, 30 August 2021, Nature Communications.
