Ученые пошили одежду из бактерий — Naked Science
7 минут
Редакция

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.
Вчера, 16:23
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

Вчера, 14:32
5 минут
Мария Кривоченко

Результаты недавней работы показали, что люди, которые переживают значительные перепады уровня сахара в крови через несколько часов после еды, чувствуют себя более голодными. Из-за этого они потребляют в течение дня на сотни килокалорий больше, чем другие.

4 часа назад
43 минуты
Александр Березин

Сорок лет назад, в апреле 1981 года, «Шаттлы» начали свои полеты в космос, а десять лет назад — прекратили. Обычно о них пишут: выполнили задачи, просто оказались слишком дорогими. Мы покажем обратное: исходно задачей этих многоразовых кораблей была дешевизна, поэтому с самого начала проект был катастрофой. Беда в следующем: общая идея, стоящая за «Шаттлами», похожа на ту, что стоит за принципиально новым средством полетов в космос — Starship. Повторит ли детище Илона Маска незавидную судьбу космических челноков?

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Вчера, 10:28
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

Вчера, 15:06
5 минут
Ольга Иванова

Хронический риносинусит, который связан с постоянной заложенностью носа и головными болями, как выяснили ученые, может вызывать и изменения в головном мозге.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: