Живые композиты, меняющие форму
В исследовании, опубликованном в Science Advances, группа под руководством Л. К. Риверы-Тарасоны из Университета Техаса в Далласе разработала новый метод создания живых синтетических композитов, меняющих форму в ответ на биохимические и физические стимулы.
Ключевые достижения:
- Дрожжи Saccharomyces cerevisiae, внедрённые в гидрогель, при росте увеличивали объём композита до 400%.
- Генетическая модификация дрожжей позволила создать материал, чей объём менялся в присутствии L-гистидина в 14 раз быстрее, чем при воздействии D-гистидина или других аминокислот.
- В дрожжи встроили оптогенетический переключатель, что позволило управлять изменением формы с помощью импульсов синего света (455 нм, 2.7 мВт/см2).
Как это работает? Жёсткие клетки дрожжей, размножаясь в мягкой матрице гидрогеля, локально смещают её, вызывая макроскопическое изменение объёма. Учёные контролировали этот процесс, регулируя начальный состав композита, жёсткость гидрогеля и паттернируя области жизнеспособных клеток с помощью УФ-света.
Практическое применение:
- Программируемая трансформация: Созданы композиты, меняющие форму с 2-D на 3-D при инкубации в питательной среде YPD.
- Умные микрофлюидные устройства: В микроканалах, содержащих жизнеспособные генетически модифицированные клетки, рост блокировал поток жидкости только в присутствии L-гистидина, действуя как специфический биосенсор.
- Пространственно-временной контроль: Использование оптогенетического штамма дрожжей позволило управлять пролиферацией и изменением формы светом, активируя ген HIS3 в отсутствие L-гистидина.
Значение работы: Объединение синтетических материалов с генетически программируемыми живыми системами открывает путь к созданию устройств нового поколения — от платформ доставки лекарств до экологических сенсоров, способных специфично и обратимо реагировать на сигналы биологической среды.