البناة البكتيرية ينتجون بروتينات العضلات الطويلة

قد تتدخل البكتيريا قريبًا في أنواع جديدة من التصنيع. طور الباحثون تقنية تستخدم البكتيريا الشائعة الإشريكية القولونية لإنتاج بروتين عضلي صناعي يسمى تيتين ، والذي يمكن أن يبني يومًا ما أليافًا صلبة ومرنة. يمكن أن تتراوح الاستخدامات من الخيوط الطبية إلى الأقمشة المقاومة للتأثير أو القابلة للتحلل. يقول الباحثون إن مادة التيتين أكبر بعشرات المرات من معظم الجزيئات التي تم إنتاجها في المختبر.

لأن بكتريا قولونية من السهل التحكم فيه وتكراره بسرعة ، يستخدمه العلماء لإنتاج أنواع كثيرة من المواد ، بما في ذلك الوقود الحيوي والمستحضرات الصيدلانية. حتى وقت قريب ، كان يتم تصنيع بروتينات أكبر مثل التيتين – والتي تبلغ حوالي 50 ضعف حجم البروتينات بكتريا قولونية يصنع بشكل طبيعي – كان بعيد المنال.

في دراسة جديدة مفصلة في اتصالات الطبيعة، حفز الباحثون بكتريا قولونية لتصنيع التيتين عن طريق إدخال خيط دائري من تعليمات الحمض النووي المهندسة تسمى البلازميد. لكن بناء مثل هذا البروتين الكبير يستنزف الموارد الخلوية ، كما يقول المؤلف المشارك للدراسة وعالم الكيمياء الحيوية بجامعة واشنطن في سانت لويس كاميرون سارجنت. إذا كان يأمر البلازميد بكتريا قولونية لبناء البروتين الكامل مرة واحدة ، سوف تتجنب البكتيريا عبء الإنتاج عن طريق إزالة أو قطع البلازميد. لذلك صمم الفريق بدلاً من ذلك بلازميد يصنع بكتريا قولونية بناء شظايا بروتينية أقصر يتم تنظيمها لتتصل ببعضها البعض تلقائيًا داخل البكتيريا.

بمجرد أن استخرج العلماء مادة التيتين من البكتيريا ، قاموا بإذابة البروتينات بتركيز عالٍ في مذيب عضوي. بعد ذلك ، قاموا بضخ المحلول من خلال حقنة في حمام مائي ، مما سمح للبروتينات بالتجمع على طول الألياف الناشئة أثناء غزلها – وهي عملية بثق مستوحاة من كيفية بناء العناكب لخيوط السحب الحريرية. فاقت قوة ومتانة الخيوط المصممة هندسيًا قوة التيتين الطبيعي كما تم قياسه في ألياف العضلات.

يشبه سارجنت حجم جزيئات التيتين وترتيبها داخل الألياف بوعاء من السباغيتي المتجمد. يقول سارجنت: “من الصعب جدًا فصل السباغيتي الطويلة عن بعضها مقارنة مع السباغيتي القصيرة لأنه كلما طالت مدة السباغيتي ، زادت التفاعلات بين كل خصلة.” وجد الباحثون أن الطريقة التي تتفاعل بها هذه التفاعلات مع الإجهاد هي مفتاح صلابة التيتين: عندما يتم سحب الألياف ، تنكسر الروابط داخل الجزيئات أولاً ، وتمتص الكثير من طاقة القوة المطبقة قبل أن تنكسر الروابط بين الخيوط في النهاية.

تقول يون جونغ يانغ ، المهندسة الكيميائية بجامعة إينها ، والتي لم تشارك في الدراسة ، إنها وجدت أنه “من اللافت للنظر أن الباحثين كانوا قادرين على تكرار الخصائص الميكانيكية الفعلية للتيتين الطبيعي في بروتين مُعدّل هندسيًا.”

يمكن للباحثين الآن تطبيق تقنية التصنيع هذه على بروتينات كبيرة أخرى ، مما يجعل من الممكن استكشاف مواد حيوية إضافية مرشحة – مثل الراتينج ، أو البوليمر المرن الذي يدعم قفزة البراغيث ، أو عرق اللؤلؤ الصلب الذي يبطن أصداف أذن البحر – للاستخدام العملي .

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.