Биологи получили паутину из бактерий

Многие белки, созданные миллиардами лет эволюции живых организмов, своими свойствами и возможностями превосходят лучшие искусственные материалы, полученные человеком. Например, паутина, состоящая из белка фиброина, легче и прочнее самых прочных марок стали. К сожалению, наладить его массовое производство не удается, несмотря на десятилетия активных поисков.

Отчасти это связано со сложностями в правильном фолдинге, «упаковке» длинных полимерных нитей после синтеза. Отчасти — с особенностями состава самих белковых полимеров и кодирующих их генов. Они содержат исключительно длинные повторяющиеся последовательности, которые делают эти гены нестабильными при внесении в чужой организм, будь то клетки бактерий, дрожжей либо даже растение или млекопитающее, которые также рассматривались в качестве потенциальных производителей искусственной паутины. 

О возможном прорыве в этом направлении рассказал биолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе Фучжун Чжан (Fuzhong Zhang). Выступая на проходящей в Орландо выставке — конференции Американского химического общества (ACS), он сообщил о первом успехе в создании ГМ-бактерий для получения фиброина и других «трудных» в синтезе полезных белков. Ученым удалось разбить исходные гены фиброина на два фрагмента поменьше и внести их в клетки бактерий. Получив готовые части будущего белка, их соединяли вместе.

Для этого вносимые фрагменты гена дополнялись по краям интеинами — особыми участками, которые используются в природе для «сращивания» пептидных фрагментов в большие функциональные белки. Соединив концы, интеины вырезают себя из готовой аминокислотной последовательности. Так произошло и в лаборатории: выделив белковые части паутинного шелка из бактериальной биомассы, ученые смешали их и запустили реакции соединения с образованием целевого белка, подходящего для производства нитей. 

По словам Чжана, уже на этом этапе метод позволил получить больше паутины, чем ранее апробированные варианты, — до двух граммов на литр бактериальной культуры. При этом свойства ее оказались ничуть не хуже, а по некоторым показателям — даже лучше натуральной: прочность на разрыв превысила 1000 МПа, а ударная вязкость — 114 МДж/м³. Авторы считают, что созданная ими бактериальная система позволит синтезировать и другие сложные в производстве природные белки, отличающиеся присутствием длинных повторяющихся последовательностей.