• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.05.2017
Редакция Naked Science
379

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 10:30
Сергей Васильев

Считается, что неандертальцы жили в коллективах максимум в пару десятков особей. Однако на их стоянках обнаруживают останки исключительно крупных животных, добыть и съесть которых можно только командой, насчитывающей сотни человек.

Позавчера, 10:49
Сергей Васильев

Американский стартап, занятый возвращением к жизни вымерших животных, объявил о начале работы с додо — почти легендарными птицами, которых люди перебили еще несколько веков назад.

Вчера, 13:32
Анна Новиковская

Международная группа астрономов из США и Новой Зеландии описала чрезвычайно редкий тип звездной системы, у которой есть все задатки в будущем стать сверхсильной килоновой.

27 января
Александр Березин

Игру 2013 года и выходящий с января 2023 года сериал по ней часто принимают за научную фантастику. То есть произведение, основанное на предположениях, не противоречащих науке. Однако вряд ли дело обстоит таким образом. Проблема в том, что создатели мира The Last of Us слишком некритично подошли как к научному фундаменту, на котором основан их мир постапокалипсиса, так и к тому, что думает наука о самой реальности «постапов». Naked Science пробует разобраться в деталях.

Позавчера, 10:49
Сергей Васильев

Американский стартап, занятый возвращением к жизни вымерших животных, объявил о начале работы с додо — почти легендарными птицами, которых люди перебили еще несколько веков назад.

Вчера, 10:30
Сергей Васильев

Считается, что неандертальцы жили в коллективах максимум в пару десятков особей. Однако на их стоянках обнаруживают останки исключительно крупных животных, добыть и съесть которых можно только командой, насчитывающей сотни человек.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

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: