Почти четыре десятилетия назад исследователям удалось использовать бактерию кишечной палочки (E.coli) для получения нужного белка. Теперь специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) шагнули дальше: они разработали способ объединить живую клетку E. coli с неживыми строительными блоками (такими, как наночастицы золота и квантовые точки), чтобы создать гибридный "живой материал".
Исследователи получили тонкостенную трубку, способную создавать биоплёнку, которую можно соединить с различными наночастицами. В результате получается гибридный живой материал, который реагирует на окружающую его среду и производит сложные биологические молекулы.
Такой материал обладает преимуществами как живых клеток, так и неживых материалов, например, может проводить электричество и излучать свет. Другими словами, вставив несколько ключевых последовательностей в бактериальный геном, команда наделила обычные бактерии экстраординарными способностями.
"Наша цель состоит в том, чтобы соединить живой и неживой мир, а затем создать гибридные материалы, содержащие функционирующие живые клетки, – рассказывает Тимоти Лу (Timothy Lu), доцент кафедры электротехники и биологической инженерии. – Это интересный взгляд на синтез материала, он отличается от того, что люди делают сейчас".
Исследователи решили использовать именно кишечную палочку, так как она производит естественную биоплёнку. Эта биоплёнка содержит волокна карлина (curli fibers) – амилоидные белки, которые помогают бактерии прикрепляться к поверхностям. Каждое такое волокно состоит из повторяющихся цепочек одинаковых белковых субэлементов (так называемых CsgA).
Исследователи изменили белковую цепочку волокон, добавив ферменты пептиды. Именно на них как на крючки можно "подвесить" неживые составляющие, которые в результате войдут в состав биоплёнки из бактерий.
Изменяя волокна карлина, можно создать ряд гибридных материалов с необычными свойствами. Например, золотые нанопроводки, которые ведут себя как проводящая плёнка, или крошечные кристаллы, которые проявят квантово-механические свойства.
Пожалуй, наиболее значимым свойством этих гибридных материалов является способность микроорганизмов общаться между собой и с течением времени изменять свойства всей биоплёнки.
"В конечном счёте, возможно, им удастся подражать природным системам. Например, никто не даёт костной ткани инструкции, но клетки генерируют материал в ответ на экологические сигналы", — считает Лу.
Планируется, что новый материал можно будет применять при производстве таких устройств, как интеллектуальные диагностические датчики или солнечные батареи. Исследователи также изучают потенциал покрытия биоплёнки ферментами, чтобы катализировать распад целлюлозы: вероятно, это поможет преобразовывать сельскохозяйственные отходы в биотопливо.
