Самый маленький киборг
Бактериальная клетка созданная для получения амилоидных нановолокон с прикрепленными квантовыми точками (красные и зеленые) и наночастицами золота. Фото: Yan Liang / nanowerk.com

Бактериальная клетка созданная для получения амилоидных нановолокон с прикрепленными квантовыми точками (красные и зеленые) и наночастицами золота. Фото: Yan Liang / nanowerk.com

Ученые из MIT «скрестили» живые клетки с микроэлектронными компонентами

Ученые из США разработали прорывную технологию, которая со временем позволит производить самовосстанавливающиеся материалы на основе синтеза живых и неживых компонентов. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature Materials 23 марта.

Миллиарды лет эволюции привели к появлению сложных механизмов самоорганизации клеток. Такой, на первый взгляд, простой предмет, как человеческая кость, состоит из нескольких различных типов клеток и неорганических веществ, выстроенных строго определенным образом. Инженеры из Массачусетского технологического института Аллен Чен, Чжентао Дэн, Аманда Биллингс, Урарту Секер, Биджан Закери, Мишель Лу, Роберт Ситорик и Тимоти Лу рассудили, что если научиться задавать клеточным структурам собственную программу развития и инкорпорировать в процесс необходимые под конкретные нужды синтетические объекты, станет возможным выращивать принципиально новые материалы — причем живые и реагирующие на окружающую среду.

Они взяли за основу обычную для микробиологических лабораторий культуру — кишечную палочку (Escherichia coli). Ее особенность — естественная способность образовывать биопленки, содержащие карлиновые волокна — амилоидные протеины, которые позволяют бактерии крепиться к сторонним поверхностям.

Карлиновые волокна состоят из цепочек повторяющейся белковой субъединицы CsgA. К протеинам CsgA можно добавлять пептиды, которые, в свою очередь, могут захватывать неорганические объекты. В рамках эксперимента ученые крепили к клеткам наночастицы золота и квантовые точки. Последние покрывали специальным протеином SpyCatcher, который связывался с пептидной меткой SpyTag.

Программируя клетки на производство различных типов карлиновых волокон при разных внешних условиях, ученые смогли управлять свойствами вырастающей в результате биопленки и выстраивать электрические схемы. Им также удалось создать варианты клеток, которые «общаются» между собой и со временем меняют структуру биопленки.

Чтобы добиться такого эффекта, инженеры удалили участок ДНК кишечной палочки, отвечающий за естественное производство протеина CsgA, и заменили его генетически модифицированным вариантом, который вырабатывает эту белковую субъединицу только в присутствии специальных сигнальных молекул (ацилированных лактонов гомосерина, AHL). Это позволило им включать и выключать формирование карлиновых волокон, а, следовательно, и самой биопленки.

Затем ученые модифицировали механизм производства CsgA еще раз — после этого, если в среду помимо AHL добавляли еще и сигнальные молекулы aTc, белок вырабатывался сразу с пептидной меткой, в роли которой выступал гистидин. Варьируя уровни AHL и aTc в среде, исследователи смогли точно контролировать, когда колония кишечной палочки формирует биопленку и когда захватывает наночастицы золота.

Впоследствии они создали третий вариант E. coli, который вырабатывал помимо CsgA без пептидной метки еще и молекулы AHL. Последние, в свою очередь, давали другим клеткам сигнал вырабатывать CsgA уже с меткой. Сочетая этот и два предыдущих механизма, ученые получили возможность полностью программировать развитие «начиненной» проводником биопленки. Таким образом, электрическая схема на каркасе из биологического материала вырастала сама.

По мнению авторов исследования, в будущем их разработка найдет широчайшее применение, в том числе в производстве аккумуляторов, солнечных батарей и систем диагностики. Биоэлектронные пленки могут использоваться в качестве каркаса при конструировании живых тканей и для переработки органических отходов в биотопливо — ученые планируют добавить в конструкцию ферменты, ускоряющие распад целлюлозы. Наконец, в перспективе эта технология должна позволить разрабатывать самовосстанавливающиеся материалы.

Хватит кормить юг Италии Далее в рубрике Хватит кормить юг ИталииВ итальянском регионе Венето прошел неофициальный референдум о независимости. 89% проголосовавших выступили за выход из состава страны Читайте в рубрике «Наука и технологии» Казань выбрала лучшие стартапыИнвесторы на Kazan Startup Weekend в ИТ-парке начали сотрудничество с несколькими стартапами Казань выбрала лучшие стартапы

Комментарии

24 марта 2014, 18:00
Перспективы они конечно вроде бы понятные,но далеки от реальности,создайте все что планируете и тогда будет вам почет,а пока я вижу обычную американскую показуху-мы самый маленький киборг сделали ,смотрите все.
самый маленький киборг, это киборчог, киборг коратыш которого злой киборг тролль превратил в малыша, это ж серия из Южного парка. американцы знатные сценарию для развития кибер отрасли выбирают
26 марта 2014, 10:21
Не видел. Новый сезон? Надо будет засмотреть на досуге...)
25 марта 2014, 09:01
Все американские разработки для России теперь табу. Наши уже хотят отказаться от всего пропендосского, включая хард и софт. Так что даже Виндовс скоро попадет под запрет))
25 марта 2014, 12:15
Про окна вы преувеличили,а вот про разработки это да,и очень плохо,нам нужны их разработки,потому что наши отрасли финансируются в сотни ,а то и тысячи раз меньше и результаты конечно выше.
26 марта 2014, 10:25
Предлагаю создать российский аналог-копию ЭксПихи или семерки (лучших компьютерных ОС, на мой взгляд), как это делали в свое время в Совке, а в настоящее время без зазрения совести и прочих корпоративных предрассудков, широко применяют в Китае! )
Вот интересно, когда Майрософт и Адоб начнет прессовать своих проплаченных сенаторов, чтобы они Абамыча на место поставили?
26 марта 2014, 10:19
Ну что же, новая нано-биотехнология действительно впечатляет, главное - не упустить бразды контроля за процессом при широком его применении на практике. Не получилось бы так, чтобы процесс со временем перестанет быть контролируемым и приведет к незапланированным, необратимым последствиям! А просчитать все возможные варианты поведения геномодифицированного кибернетического микро-нано-организма крайне сложно. Да и возможно ли вообще, где гарантия что все будет работать именно так как это планировалось? Думаю что такой гарантии ни кто дать не может.
31 марта 2014, 21:35
Господа Щелкунчики и Сверчки,
Если постановкой Задачи будет продолжать
оставаться - Оружейный Ствол,
а вспоминаемой Историей не Менделеев и Ломоносов
а Чапай и Анка Пулемётчитца, то не то что Маленького
Киборга а простого драйвера для Winda не напишем.
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Не пропустите лучшие материалы!
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»