Ученые создают «живые материалы» - в решении, вдохновленном модным чаем Комбуча

Инженеры Массачусетского технологического института и Имперского колледжа Лондона создали знаменательный новый метод создания исключительно прочных и функциональных материалов. И это произошло из неожиданного источника: через смесь бактерий и дрожжей, похожую на «мать чайного гриба», которая используется для ферментации популярного чая.

Полученная симбиотическая культура бактерий и дрожжей (SCOBY) продуцировала целлюлозу, залитую ферментами.

Функции, которые они могут выполнять, включают определение загрязнителей окружающей среды и даже стремление к самовосстановлению.

Международная группа исследователей также раскрыла, как они могут включать дрожжи непосредственно в целлюлозу.

Это может создать «живые материалы», способные очищать воду для солдат на поле боя, или создать «умные» упаковочные материалы, способные обнаруживать повреждения.

Доктор Даванн Пори, руководитель программы Исследовательского отдела армии США, входящего в Командование развития боевых возможностей армии США (DEVCOM), считает, что эта работа является настоящим прорывом.

Она сказала: «Эта работа дает представление о том, как подходы синтетической биологии могут использовать дизайн биотико-абиотических интерфейсов с биологической организацией в нескольких масштабах длины.

«Это важно для армии, так как это может привести к появлению новых материалов с потенциальным применением в микробных топливных элементах, системах обнаружения и реагирования, а также материалах с самоотчетом и самовосстановлении».

Способность E. coli создавать биопленки, содержащие такие материалы, как золотые нанопровода, уже давно признана.

Однако такие пленки слишком малы и тонки, что затрудняет их использование в крупномасштабных приложениях.

Они объединили дрожжи с типом бактерий Komagataeibacter rhaeticus, ранее выделенных из материнского растения чайного гриба и, как известно, выделяют значительное количество целлюлозы.

Поскольку исследователи использовали лабораторный штамм дрожжей, они могли сконструировать клетки, чтобы они могли делать все, что могли их родственники.

Это включает в себя производство биолюминесцентных ферментов или определение загрязнителей в окружающей среде.

Дрожжи также можно запрограммировать так, чтобы они могли расщеплять загрязнители после их обнаружения - это полезно для армии США в области химической и биологической защиты.

Тимоти Лу, доцент кафедры электротехники, информатики и биологической инженерии Массачусетского технологического института, сказал: «Мы предвидим будущее, в котором различные материалы можно будет выращивать дома или на местных производственных предприятиях, используя биологию, а не ресурсоемкое централизованное производство».

Д-р Джим Бёрджесс, менеджер программы Управления армейских исследований, добавил: «Наше сообщество считает, что живые материалы могут обеспечить наиболее эффективное обнаружение химических / биологических боевых агентов, особенно с неизвестной генетикой и химическим составом».

Бактерии в культуре производили большие количества прочной целлюлозы, служащей каркасом.

Система была разработана таким образом, чтобы они могли контролировать, включаются ли в структуру целлюлозы сами дрожжи или только производимые ферменты.

Материал вырастает всего за несколько часов, и если оставить его достаточно долго, он может быстро вырасти и занять пространство размером с ванну.

Цзы-Чи Тан, аспирант Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи, сказал: «Мы думаем, что это хорошая система, которая очень дешевая и ее очень легко производить в больших количествах».

Чтобы продемонстрировать потенциал своей микробной культуры, исследователи создали материал, содержащий дрожжи, которые чувствуют эстрадиол, иногда обнаруживаемый как загрязнитель окружающей среды.

Эти дрожжи также могут быть заменены другими штаммами, что означает, что их можно использовать для обнаружения загрязняющих веществ, металлов или даже патогенов.

На следующем этапе исследователи будут изучать систему Syn-SCOBY для использования в биомедицинском или пищевом секторе.

Конструирование дрожжевых клеток для производства противомикробных препаратов или белков, которые могут, например, принести пользу здоровью человека.