Des chercheurs de la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis ont développé une approche de chimie synthétique pour polymériser des protéines à l’intérieur de microbes modifiés. Cela a permis aux microbes de produire une protéine musculaire de haut poids moléculaire, la titine, qui a ensuite été filée en fibres.
Leurs recherches ont été publiées le lundi 30 août dans la revue Communications naturelles.
Aussi : « Il peut être bon marché à produire et évolutif. Il pourrait permettre de nombreuses applications auxquelles les gens avaient pensé auparavant, mais en utilisant des fibres musculaires naturelles », a déclaré Fuzhong Zhang, professeur au Département de l’énergie, de l’environnement et du génie chimique. Désormais, ces applications peuvent se concrétiser sans qu’il soit nécessaire de recourir à de véritables tissus animaux.
La protéine musculaire artificielle produite dans le laboratoire de Zhang est la titine, qui est l’un des trois principaux composants protéiques du tissu musculaire. La grande taille moléculaire du titane est d’une grande importance pour ses propriétés mécaniques. « C’est la plus grande protéine connue dans la nature », a déclaré Cameron Sargent, doctorant au Département des sciences biologiques et biomédicales et premier auteur de l’article avec Christopher Bowen, un récent titulaire d’un doctorat du Département de l’énergie, de l’environnement et de la chimie. . ingénierie.
Zhang a déclaré que les fibres musculaires étaient un sujet d’intérêt depuis longtemps. Les chercheurs tentent de concevoir des matériaux ayant des propriétés musculaires similaires pour différentes applications, telles que la robotique douce.
Nous nous sommes demandé « Pourquoi ne pas simplement redresser les muscles synthétiques ? ». Mais nous n’allons pas le récolter sur des animaux, nous allons utiliser des microbes pour le faire. »
Fuzhong Zhang, professeur, Département de génie énergétique, environnemental et chimique, Washington University à St. Louis
Pour contourner certains des problèmes qui empêchent normalement les bactéries de produire de grosses protéines, l’équipe de recherche a conçu des bactéries pour assembler des fragments plus petits de la protéine en polymères de très haut poids moléculaire à 2 mégadaltons – environ 50 fois la taille des bactéries moyennes. protéine. Ensuite, ils ont utilisé un processus de filage humide pour transformer les protéines en fibres d’environ dix microns de diamètre, soit un dixième de l’épaisseur d’un cheveu humain.
En collaboration avec les collaborateurs Young Shin Jun, professeur au département de génie énergétique, environnemental et chimique, et Sinan Keten, professeur au département de génie mécanique de la Northwestern University, le groupe a ensuite analysé la structure de ces fibres pour identifier les mécanismes moléculaires qui permettent leur combinaison unique de ténacité, de résistance et de capacité d’amortissement exceptionnelle, ou la capacité de dissiper l’énergie mécanique sous forme de chaleur.
Mis à part les vêtements de fantaisie ou les gilets pare-balles (encore une fois, la fibre est plus résistante que le Kevlar, le matériau utilisé dans les gilets pare-balles), Sargent a noté que ce matériau a également de nombreuses applications biomédicales potentielles. Comme il est presque identique aux protéines présentes dans le tissu musculaire, ce matériau synthétique est censé être biocompatible et pourrait donc être un excellent matériau pour les sutures, l’ingénierie tissulaire, etc.
L’équipe de recherche de Zhang n’a pas l’intention d’arrêter l’utilisation de fibres musculaires artificielles. L’avenir est susceptible de contenir des matériaux plus uniques activés par la stratégie de synthèse microbienne. Bowen, Cameron et Zhang ont déposé une demande de brevet basée sur la recherche.
« La beauté du système est qu’il s’agit vraiment d’une plate-forme qui peut être appliquée n’importe où », a déclaré Sargent. « Nous pouvons prendre des protéines dans différents contextes naturels, puis les mettre dans cette plate-forme de polymérisation et fabriquer des protéines plus grosses et plus longues pour différentes applications matérielles avec une plus grande durabilité. »
La source:
Référence de la revue :
Bowen, CH, et d’autres. (2021) La production microbienne de titan michadalton donne des fibres aux propriétés mécaniques bénéfiques. Connexions naturelles. doi.org/10.1038/s41467-021-25360-6.
