Super adhézny model po škrupine

Preprogramované črevné baktérie produkujú podmorské lepidlo na báze mušlí

Slávky sú skutoční umelci lepidiel. © Pixabay / verejné vlastníctvo
čítať nahlas

Rozobraté od prírody: Vedci vytvorili super lepidlo na základe modelu mušlí. Za týmto účelom preprogramovali črevné baktérie tak, aby produkovali lepkavý proteín, ktorý normálne drží slávky na morskom dne. Clou: Lepivý účinok látky sa dá zapnúť presne so svetlom. Biologické lepidlo by sa mohlo použiť v budúcnosti, napríklad na lepenie zlomených kostí.

Mušle sa radšej usadzujú v turbulentných prílivových a policových oblastiach mora. Tam musia odolať silným prúdom a slanej vode. Skutočná výzva. Pretože škrupiny môžu prežiť iba vtedy, ak pevne priľnú k zemi. Vďaka dômyselnému prírodnému patentu sa im však darí aj za nepriaznivých podmienok.

Ich tajomstvo: Slávky produkujú lepidlo, ktoré vylučujú vo forme tzv. Byssusfäden pri nohách. Najdôležitejšou zložkou tohto proteínového lepidla je aminokyselina 3, 4-dihydroxyfenylalanín, skrátene nazývaná "DOPA". Reaguje za podmienok prevládajúcich v morskej vode a vytvára zosieťovanú molekulárnu matricu, ktorá umožňuje zvieratám držať sa takmer na akomkoľvek povrchu.

Baktérie ako chemická rastlina

Úžasné adhezívne vlastnosti látky, ktorú produkujú mušle, sú zaujímavé aj pre medicínu. Vedci napokon hľadali biokompatibilné lepidlá, ktoré by jedného dňa mohli nahradiť ihly, nite, platne a skrutky a napríklad zlepiť fragmenty kostí. Izolácia biologického lepidla od škrupín a iných prírodných zdrojov je však neefektívna, nákladná a spojená s utrpením zvierat. Elegantnou alternatívou by preto bolo umelo vyrábať lepidlo.

Vedci, ktorých vedie Matthias Hauf z Technische Universität Berlin, teraz uspeli s pomocou črevných baktérií: naprogramovali kmene baktérií E. coli tak, aby ich bolo možné použiť na výrobu biologického lepidla mušlí pod vodou. „Črevné baktérie sú, takpovediac, naša chemická továreň, s ktorou vyrábame super lepidlo, “ hovorí Haufov kolega Nediljko Budisa. zobraziť

Lepidlo modelované na škrupinách TU Berlin

Aktivuje sa svetlom

Vedci v prvom rade zaviedli do Escherichia coli špeciálne modifikovaný enzým. Potom kŕmili takto modifikované baktérie aminokyselinou ONB-DOPA. V tejto súvislosti sú dihydroxyfenylové skupiny zodpovedné za silnú adhéziu chránené a teda neaktívne. Je to podobné nálepke, ktorej samolepiaci povrch je vybavený ochranným filmom, ako vysvetľuje tím. Preprogramovaná baktéria teraz začleňuje túto ochrannú aminokyselinu do vlastných proteínov, čím sa získa prilepený proteín.

Trik: Zostrihy tohto proteínu sú chránené, kým nie sú aktivované svetlom v určitej vlnovej dĺžke. Výsledkom je, že adhezívny proteín stráca svoj ochranný film, jeho adhezívne miesta sa stanú aktívnymi a proteín sa môže cielene použiť ako adhezívum.

Nové možnosti pre medicínu a priemysel

To vedie k dlho očakávaným možnostiam pre vedcov, napríklad pre lepenie zlomených kostí alebo zubov. „Táto stratégia poskytuje nové spôsoby výroby mokrých lepidiel na báze DOPA pre priemyselné a biomedicínske aplikácie s potenciálom revolúcie v kostnej chirurgii a hojení rán, “ uzatvára Hauf s presvedčením. Na realizáciu tohto podnikateľského zámeru je teraz naplánovaná nadácia spoločnosti. (ChemBioChem, 2017; doi: 10 1002 / cbic.201700327)

(Technická univerzita v Berlíne, 14.11.2017 - DAL)