Самый маленький киборг
2 мин чтения
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.

Читайте нас в мобильном приложении

Если у Вас возник вопрос по материалу, то Вы можете задать его специальной рубрике Задать вопрос 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 «В мире» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»
Подписывайтесь на канал rusplt.ru в Яндекс.Дзен
Подписывайтесь на канал rusplt в Дзен
Комментарии
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.
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.
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))
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?
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.
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...)
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Расширяйте круг интересов!
Мы пишем об истории, обороне, науке и многом другом. Подписывайтесь на «Русскую планету» в соцсетях
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!