Biologi sintetis memungkinkan mikroba untuk membangun otot

Apakah Anda memakai pakaian yang terbuat dari serat otot? Menggunakannya untuk mengikat sepatu Anda atau bahkan memakainya sebagai ikat pinggang? Mungkin terdengar sedikit aneh, tetapi jika serat ini menyimpan lebih banyak energi sebelum putus daripada kapas, sutra, nilon, atau bahkan Kevlar, mengapa tidak?

Jangan khawatir, otot ini dapat diproduksi tanpa merugikan satu hewan pun.

Para peneliti di McKelvey School of Engineering di Universitas Washington di St. Louis telah mengembangkan pendekatan kimia sintetis untuk mempolimerisasi protein di dalam mikroba yang direkayasa. Ini memungkinkan mikroba untuk menghasilkan protein otot dengan berat molekul tinggi, titin, yang kemudian dipintal menjadi serat.

Penelitian mereka diterbitkan Senin, 30 Agustus di jurnal Komunikasi Alam.

Juga: “Ini bisa murah untuk diproduksi dan dapat diskalakan. Ini mungkin memungkinkan banyak aplikasi yang sebelumnya dipikirkan orang, tetapi dengan aplikasi alami serat ototkata Fuzhong Zhang, seorang profesor di Departemen Energi, Lingkungan dan Teknik Kimia. Sekarang, aplikasi ini dapat membuahkan hasil tanpa memerlukan jaringan hewan yang sebenarnya.

Protein otot buatan yang diproduksi di lab Zhang adalah titin, yang merupakan salah satu dari tiga komponen protein utama dalam jaringan otot. kritis padanya peralatan mekanis adalah ukuran molekul besar titin. “Ini adalah protein terbesar yang diketahui di alam,” kata Cameron Sargent, Ph.D. Seorang mahasiswa di Departemen Ilmu Biologi dan Biomedis dan penulis pertama di atas kertas dengan Christopher Bowen, PhD baru-baru ini. Lulus dari Departemen Energi, Lingkungan dan Teknik Kimia.

Zhang mengatakan bahwa serat otot telah menjadi topik yang menarik untuk waktu yang lama. Para peneliti mencoba merancang bahan dengan sifat otot yang serupa untuk aplikasi yang berbeda, seperti robotika lunak. “Kami bertanya-tanya, ‘Mengapa kita tidak langsung membuat otot sintetis saja?'” katanya. “Tapi kami tidak akan memanennya dari hewan, kami akan menggunakan mikroba untuk melakukan itu.”

Untuk menghindari beberapa masalah yang biasanya mencegah bakteri memproduksi protein besar, tim peneliti merekayasa bakteri untuk mensintesis porsi protein yang lebih kecil menjadi polimer dengan berat molekul sangat tinggi pada 2 megadalton – sekitar 50 kali ukuran bakteri rata-rata. protein. Kemudian mereka menggunakan proses pemintalan basah untuk mengubah protein menjadi serat dengan diameter sekitar sepuluh mikron, atau sepersepuluh ketebalan rambut manusia.

Bekerja dengan kolaborator Young Shin Jun, profesor di Departemen Energi, Teknik Lingkungan dan Kimia, dan Sinan Keten, Profesor di Departemen Teknik Mesin di Universitas Northwestern, kelompok tersebut kemudian menganalisis struktur serat ini untuk mengidentifikasi mekanisme molekuler yang memungkinkan kombinasi unik dari ketangguhan, kekuatan dan kemampuan redaman yang luar biasa, atau kemampuan untuk menghilangkan energi mekanik sebagai panas.

Selain pakaian mewah atau pelindung tubuh (sekali lagi, seratnya lebih kuat dari Kevlar, bahan yang digunakan dalam rompi antipeluru), Sargent mencatat bahwa bahan ini juga memiliki banyak potensi aplikasi biomedis. Karena hampir identik dengan protein yang ditemukan di jaringan otot, bahan sintetis ini seharusnya biokompatibel dan dengan demikian bisa menjadi bahan yang bagus untuk jahitan, rekayasa jaringan, dll.

Tim peneliti Zhang tidak bermaksud menghentikan formulasi otot dasar. Masa depan kemungkinan akan menyimpan lebih banyak bahan unik yang dimungkinkan oleh strategi sintesis mikroba. Bowen, Cameron, dan Zhang mengajukan permohonan paten berdasarkan penelitian tersebut.

“Keindahan sistemnya adalah bahwa itu benar-benar platform yang dapat diterapkan di mana saja,” kata Sargent. “Kita dapat mengambil protein dari konteks alami yang berbeda, kemudian menempatkannya dalam platform polimerisasi ini dan membuat protein yang lebih besar dan lebih lama untuk aplikasi material yang berbeda dengan keberlanjutan yang lebih besar.”