Μετατρέποντας τη γλίνα του πετρόχελου σε ανθεκτικές ίνες

Πετρόχελο του Ειρηνικού (Pacific Hagfish) στον πυθμένα του ωκεανού, σε βάθος 280 μ

Το πετρόχελο (Hagfish) όταν απειλείται παράγει μια γλίνα, η οποία αποτελείται από πρωτεΐνες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν γενετικά τροποποιημένα κύτταρα Ε coli για να παράγουν αυτές τις πρωτεΐνες, οι οποίες στη συνέχεια μετατράπηκαν σε ανθεκτικές ίνες προσθέτοντας ιόντα μαγνησίου και σταυρωτές συνδέσεις με λυσίνη.

Τα πετρόχελα (Hagfish= Eptatretus stoutii) είναι πιο παλιά ακόμα και από τους δεινοσαύρους, ζουν στα βάθη των ωκεανών και έχουν καταφέρει να επιβιώσουν πάνω από 300 εκατ. χρόνια. Θυμίζουν χέλι, αλλά έχουν κάποια πολύ παράξενα χαρακτηριστικά: δεν έχουν καθόλου σπονδυλική στήλη, όμως έχουν ένα κανονικά σχηματισμένο κρανίο και δύο εγκεφάλους. Είναι σχεδόν τυφλά και τρέφονται με τους σκελετούς μεγαλύτερων ψαριών που πέφτουν στον πυθμένα της θάλασσας! O λόγος που επιβιώνουν μέχρι τις μέρες μας; Παράγουν μια ουσία που καταστρέφει τα βράγχια των ψαριών που τολμούν να τους επιτεθούν!

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν ήπιες συνθήκες για να μετατρέψουν τεχνητή γλίνα πετρόχελου σε μια από τις σκληρότερες ίνες από πρωτεΐνες που έχουν αναφερθεί ποτέ.

Το νάυλον, το λύκρα και το Kevlar είναι γνωστές τεχνητές ίνες κατασκευασμένες με πρώτες ύλες τα ορυκτά καύσιμα, χρησιμοποιώντας πολυ δραστικές συνθήκες αντίδρασης. Οι φυσικές ίνες, όπως το μετάξι της αράχνης, παρέχουν βιώσιμες και βιοσυμβατές εναλλακτικές λύσεις, αλλά δεν είναι τόσο ισχυρές και οι τεχνητές παραλλαγές τους στερούνται σταθερότητας και διαλυτότητας.

Την τελευταία δεκαετία το νήμα από τη γλίνα του πετρόχελου κέρδισε την προσοχή των ερευνητών που ψάχνουν νέα υλικά. Αποτελούνται από πρωτεΐνες που μοιάζουν με κερατίνη είναι ένα χρήσιμο μοντέλο για ισχυρά ινώδη υλικά. Ο Ali Miserez στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης και συνεργάτες του πρόσφατα σχεδίασαν με γενετική μηχανική κύτταρα Escherichia coli για την παραγωγή των πρωτεϊνών του πετρόχελου. Τώρα έχουν δείξει ότι μπορούν να μετατρέψουν αυτές τις τεχνητές πρωτεΐνες σε μακροσκοπικές ίνες που είναι πολύ πιο δύσκαμπτες από τις περισσότερες αναφερόμενες τεχνητές πρωτεΐνες.

«Απ όσο ξέρω, υπήρξε μια μελέτη των τεχνητών ινών μεταξιού αράχνης που ανέφεραν αντοχή 25GPa. Στην περίπτωσή μας, οι ίνες από τις πρωτεΐνες του πετρόχελου φτάνουν την τιμή των 20GPa, που είναι ήδη πολύ υψηλές. Πιστεύουμε ότι με τον καλύτερο έλεγχο της μεθόδου επεξεργασίας και της περαιτέρω γενετικής μηχανικής της αρχικής πρωτεΐνης, θα μπορούσαμε να ξεπεράσουμε αυτές τις τιμές ", λέει ο Miserez.

Βιβλιογραφικές αναφορές
1) J Fu et al, Nanoscale , 2017, DOI: 10.1039/c7nr02527k  (Το άρθρο αυτό είναι ελεύθερο για πρόσβαση έως τις 26 Οκτωβρίου 2017.)
2) J Fu, ΡΑ Γκερέτ και Α Miserez, Biomacromolecules , 2015, 16 , 2327 (DOI: 10.1021/acs.biomac.5b00552 )
3) X Xia et al, PNAS , 2010, DOI: 10.1073 / pnas.1003366107

Πηγές:

Από το blog: Compound Interest υπό: Andy Brunning στις: 17 Σεπτεμβρίου 2017.

Από το Άρθρο στο περιοδικό: ChemistryWorld Royal Society of Chemistry (RSC) με τίτλο: Hagfish slime turned into ultra-stiff fibre υπό: HARRIET BREWERTON στις: 15 Σεπτεμβρίου 2017.

Επιστημονικό Άρθρο στο περιοδικό: Nanoscale με τίτλο: Artificial hagfish protein fibers with ultra-high and tunable stiffness υπό: Jing Fu, Paul A. Guerette, Andrea Pavesi, Nils Horbelt, Chwee Teck Lim, Matthew J. Harringtond and Ali Miserez  στις: 09 Αυγούστου 2017.

Εικόνες:
Πετρόχελο του Ειρηνικού Credit: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=238724

Η σύγχρονη έρευνα στη ΧΗΜΕΊΑ