فهرست مطالب
آیا لباس، کفش یا کمربندی از الیاف ماهیچه‌ای می‌پوشید؟ دانشمندان در پژوهش‌های جدید خود، الیافی را بدون رساندن هیچ آسیبی به حیوانات تولید کرده‌اند که مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به الیاف دیگر دارند.
پلیمریزاسیون پروتئین‌ها در داخل باکتری‌های مهندسی‌شده
محققان دانشکده مهندسی مک‌کلوی در دانشگاه واشنگتن، یک فناوری شیمیایی مصنوعی را توسعه داده‌اند که به آنها این امکان را می‌دهد که پروتئین‌ها را در داخل میکروب‌های مهندسی‌شده پلیمریزاسیون کنند. تیم مهندسی با استفاده از این فناوری، پروتئین‌های میکروبی را با وزن مولکولی بالا، به نام تیتین، تولید کرده اند که می‌تواند به الیاف تبدیل می شود. آزمایش‌ها نشان داده است که این الیاف از بسیاری از پلیمرهای مصنوعی و طبیعی بهتر عمل می‌کنند.
کامرون سارجنت، دانشجوی دکترا در بخش علوم زیستی و زیست‌پزشکی، معتقد است که زیبایی این سیستم در آن است که این پلتفرم می‌تواند در هر مکانی استفاده شود. با این روش ما می‌توانیم پس از تهیه پروتئین‌ها از زمینه‌های طبیعی مختلف، آنها را برای پلیمریزاسیون در این بستر قرار داده و پروتئین‌های بزرگتر و طولانی‌تری را برای کاربردهای مختلف با پایداری بیشتر ایجاد کنیم. طبق گفته‌های سارجنت و کریستوفر بوئن، اولین نویسندگان این مقاله، این الیاف کاربردهای بالقوه‌ای در زمینه‌های زیست‌پزشکی تا منسوجات دارند و توسعه آن، نوید بخش نوآوری های بیشتر است.
زیست شناسی ،منبعی الهام‌بخش برای طراحی مواد
طبیعت می‌تواند بسیاری از مواد را با قابلیت تجزیه بیولوژیکی بالا به طور کارآمد، از منابع تجدیدپذیر و تنها با استفاده از فرایندهای کم مصرف تولید کند. پوسته‌های سخت حشرات و چسب تولید شده توسط صدف‌ها در زیر آب تنها چند نمونه از آنها به شمار می‌روند. طبق گفته‌ی محققان این مواد طبیعی می‌توانند از بهترین جایگزین‌های موجود بر پایه‌ی نفت بهتر عمل کنند.
همیشه امکان برداشت چنین موادی از منابع بومی آنها وجود ندارد و دانشمندان همیشه نمی‌توانند با روش‌های مصنوعی فرایندهای بیوسنتز طبیعی را در مقیاس بزرگ تقلید کنند. بنابراین این استراتژی مهندسی شده برای استفاده و توسعه این مواد ضروری است.
تولید پروتئین تیتین به‌صورت مصنوعی بوسیله‌ی باکتری‌ها
محققان مدت‌هاست که توجه ویژه‌ای به کاربردهای فیبرهای عضلانی داشته اند، اخیرا فوژونگ ژانگ استاد گروه انرژی، مهندسی محیط و شیمی، توانسته است پروتئین تیتین که یکی از سه جزء اصلی پروتئین بافت ماهیچه‌ای است را به صورت مصنوعی بدون برداشت از حیوانات و به وسیله‌ی میکروب‌ها تولید کند. طبق گفته‌های محققین، تیتین بزرگترین پروتئین شناخته شده در طبیعت است.
میکروب‌های مهندسی شده، می‌توانند برای تولید برخی از ترکیبات مولکولی کوچک مورد استفاده قرار گیرند، اما تولید مستقیم پلیمرهای میکروبی با عملکرد مکانیکی بالا محدود است؛ زیرا بسیاری از مواد طبیعی با عملکرد بالا بر پایه‌ی پروتئین‌های تکرارشونده‌ای با وزن مولکولی فوق العاده بالا هستند که به اختصارUHMW نامیده‌می‌شوند. تولید این پروتئین‌ها به‌دلیل ناپایداری ژنتیکی، بازده ترجمه پایین و بار متابولیکی میکروب‌ها، بسیاردشوار است.
برای دور زدن برخی از مسائلی که معمولا باکتری‌ها را از تولید پروتئین‌های بزرگ منع می‌کند، تیم تحقیقاتی، باکتری‌هایی را مهندسی کرده‌اند که می‌توانند بخش‌های کوچکتری از پروتئین تیتین را در پلیمرهایUHMW به اندازه دو مگا دالتون درکنار یکدیگر قرار بدهند که این اندازه تقریباً 50 برابر یک پروتئین متوسط باکتریایی است. این پروتئین‌ها سپس در یک فرآیند پیچیده، به الیافی با قطر حدود ده میکرون یا یک دهم ضخامت موی انسان تبدیل می‌شوند.
ویژگی‌ها و خواص الیاف تیتین
با مشارکت همکاران یونگ شین جون، استاد مهندسی محیط و شیمی و سینان کتن، استاد گروه مهندسی مکانیک در دانشگاه نورث وسترن، ساختار این الیاف برای شناسایی مکانیسم‌های مولکولی که سبب ویژگی‌های منحصر به فرد این ماده از نظر استحکام و ظرفیت میرایی استثنایی آن می‌شوند، بررسی شد. تجزیه و تحلیل‌های ساختاری نشان داد که این الیاف تیتین، از محورهایی تشکیل شده‌است که به صورت جفت در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. خواص ویژه‌ی این مواد، ناشی از تبلور بین زنجیره‌ای منحصربه‌فرد دامنه‌های تاشده‌ی ایمونوگلوبولین است که در برابر لغزش‌های بین زنجیره‌ای مقاومت می‌کند؛ اما در عین حال اجازه می‌دهد تا درون زنجیره‌ها باز شود.
محققان دانشکده مهندسی مک کلوی در دانشگاه واشنگتن نیز رویکرد شیمیایی مصنوعی را برای پلیمریزاسیون پروتئین‌ها در میکروب‌های مهندسی‌شده، توسعه داده‌اند که میکروب‌ها را قادر به تولید پروتئین عضلانی تیتین و درنهایت فیبر کرده است. در آینده، چنین موادی می‌تواند برای پوشاک یا حتی برای وسایل محافظ استفاده شوند.
این موفقیت، اولین نمونه از یک ماده مهندسی‌شده در مقیاس بزرگ است که از تیتین تولید شده است. این ماده‌ی جدید، علاوه‌بر مطلوب‌ترین خواص مکانیکی الیاف ماهیچه ای طبیعی، ظرفیت میرایی بالا، بازیابی سریع و استحکام بالایی دارد.
کاربردهای زیست پزشکی الیاف تیتین
سارجنت خاطرنشان کرده است که این ماده علاوه‌بر کاربرد در انواع پوشاک، از لباس‌های شیک گرفته تا زره‌های محافظ، می‌تواند کاربردهای زیست‌پزشکی نیز داشته باشد. از آنجا که این ترکیب تقریباً مشابه پروتئین‌های موجود در بافت ماهیچه‌ای است و احتمالاً خاصیت زیست‌سازگار دارد، می‌تواند یک ماده‌ی عالی برای بخیه، مهندسی بافت و غیره باشد.
طبق گفته‌های ژانگ، هزینه کم تولید این مواد می‌تواند ایده‌های بسیاری از محققان را تحقق ببخشد. به احتمال زیاد در آینده، خبرهای بیشتری از تولید مواد منحصر به فرد به وسیله این فرایند جدید می‌شنویم.
میکروب‌ها، کلید رسیدن به قدرتمند‌ترین الیاف
محمدسپهر حکمی
رفرنس:
