الیاف

تولید الیاف عضلانی قوی تر از کولار به وسیله فرآیند میکروبی

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 ۵۰ 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.

الیاف

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.

الیاف

میکروب‌ها، کلید رسیدن به قدرتمند‌ترین الیاف

محمدسپهر حکمی

رفرنس:

genengnews

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *