Биологи создали программируемую живую материю из бактерий

Биологи из Университета Райса (США) представили технологию выращивания живого материала в виде искусственных бактерий, способных к самоорганизации. Ученые редактируют их геном под определенные задачи, а дальше эти бактерии с помощью специального белка воспроизводят сами себя и выстраиваются в макроскопические структуры. Ранее не получалось добиться такого поведения от генетически модифицированных бактерий, пишут исследователи в журнале Nature Communications.

Ученые использовали в качестве «строительного блока» Caulobacter crescentus — нейтральную для человека серповидную бактерию, живущую в пресноводных озерах и ручьях. В ее генетическом коде есть белок, который покрывает мембрану защитной оболочкой вроде змеиной чешуи. Авторы работы модифицировали этот белок таким образом, чтобы он выстраивал из «чешуи» пространственные структуры, заполненные бактериальной массой. Получается вещество в виде желе или слизи, которое само растет по заданной форме, как растет дерево или кость.

Скорость роста очень высока, примерно за сутки популяция генетически модифицированных микробов увеличивается как минимум на четыре порядка (в 10 тысяч раз). Процесс происходит в воде: сначала на ее поверхности образуется тонкая пленка из бактерий, после чего сосуд принимаются постоянно встряхивать, чтобы ускорить рост массы. Когда она достигает заданных форм и размеров, материал опускается на дно и больше не растет.

Ученые создали таким образом целый ряд образцов живой материи разных форм и назначения. Один из них поглотил кадмий из раствора, успешно сыграв роль абсорбента. Другой эксперимент показал, что выращенный материал можно использовать как катализатор биохимических реакций — например, для ускоренного окисления глюкозы. Это открывает возможность для программируемого очищения водоемов от загрязнений и ядов. Вообще, по мнению исследователей, из такой материи можно выращивать живые датчики, лекарственные вещества, биоэлектронные устройства и прочие полезные вещи. Или создать строительные материалы, способные самостоятельно восстанавливать и поддерживать заданную форму.

Отдельный плюс полученной живой материи — ее стабильность. Проверка показала, что образцы можно неделями хранить в простой банке на полке при комнатной температуре. То есть, перевозка выращенного материала к месту назначения не требует специального изолирующего и охлаждающего оборудования. Ученые надеются, что это позволит программируемой живой материи быстро покорить рынок, но до повседневного применения еще неблизко, так как технологию нужно совершенствовать. Ближайшая цель исследователей — проверить, будет ли их подход работать на других бактериях.