20.05.2017
Редакция Naked Science

Ученые пошили одежду из бактерий

Исследователи из США и Сингапура разработали и испытали биогибридные материалы с программируемым поведением.

untitled-1
©Wikipedia

Многие живые организмы способны изменять свою структуру в ответ на экологические факторы, например колебания влажности. Так, сосновая шишка при попадании в воду «закрывается»: ее чешуйки состоят из двух слоев, которые расширяются с разной скоростью, и один из них, расширяясь быстрее, деформирует другой. Поглощать влагу из воздуха могут и наиболее распространенные компоненты живых клеток — белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Это свойство позволяет использовать клетки для «выращивания» «умных» материалов, однако до сих пор усилия ученых были сосредоточены на синтезе последних. Помимо безопасности и доступности, клетки могут быть отредактированы, что обеспечивает возможность программировать характеристики продукта.

 

В новой работе сотрудники Массачусетского технологического института, Национального университета Сингапура и других учреждений проверили эти гипотезы. На первом этапе они путем биопринтинга параллельными линиями разместили непатогенный штамм кишечной палочки (Escherichia coli) на подложках из натурального латекса. Общая толщина полученных таким образом биогибридных пленок составила 151–505 микрометров. Затем авторы помещали материал в условия с низкой (15 процентов) и высокой (95 процентов) влажностью. В результате при нехватке влаги пленка начинала изгибаться, а при избытке — восстанавливать форму. Наблюдения методом атомно-силовой микроскопии подтвердили, что в основе механизма лежит дегидратация клеток.

 

Принцип деформации пленок (A), совместная карта пота-тепла (D) и расположение клапанов в соответствии с картой (E) / ©Wen Wang et al., Science Advances, 2017

 

Помимо изменения структуры, ученые проанализировали потенциал пленок для редактирования. Для этого они культивировали E. coli, геном которых содержал плазмиду (двухцепочечную кольцевую молекулу) с зеленым флуоресцентным белком (GFP). Последующие эксперименты показали, что экологический стресс не только вызывает изгибание таких подложек, но также уменьшает их свечение, которое возобновляется при высокой влажности. Чтобы распространить опыт на иные микроорганизмы, они успешно повторили процедуру на двух других типах биогибридных пленок — с грамотрицательными (E. coli или Pseudomonas nitroreducens и Saccharomyces cerevisiae) и грамположительными бактериями (Bacillus subtilis и Rhodococcus erythropolis) соответственно.

 

Поскольку разные бактериальные клетки обладали сопоставимой гигроскопичностью, исследователи оценили роль макромолекул в наблюдаемых деформациях. Печать на подложках отдельных соединений позволила прийти к выводу, что к наиболее выраженному изменению структуры приводит дегидратация белков и в меньшей степени — нуклеиновых кислот и полисахаридов. Наконец, для демонстрации практического применения технологии авторы разработали прототип спортивной одежды с клапанами из биогибридных пленок. В этом случае слой клеток заключался в «сэндвич» из латекса — это фокусировало реакцию только на потоотделении и предотвращало ответ на изменения влажности во внешней среде. Клапаны были расположены в соответствии с картами тепла и пота.

 

Одежду испытывали в на беговой дорожке и велотренажере: динамику клапанов сопоставляли с температурой тела и потоотделением добровольцев, регистрируемых с помощью датчиков iButton, а также самоотчетом. Спустя примерно пять минут после начала занятия биогибридные клапаны открывались — момент соответствовал росту влажности и температуры кожи. По сравнению с контрольными образцами конструкция лучше охлаждала пространство между телом и латексом и отводила влагу. Дополнительно ученые представили сандалии с флуоресцентными клапанами на подошве. По их мнению, программируемые материалы на основе живых клеток могут открыть широкие возможности для науки, промышленности и медицины. Описанный подход является масштабируемым и нуждается в дополнительных исследованиях.

Статья опубликована в журнале Science Advances.

 

Видеозапись испатаний одежды / ©Wen Wang et al., Science Advances, 2017

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

15 октября
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Позавчера, 10:39
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: