Слизь глубоководной миксины: природный супергидрогель

Ученые из ETH Zurich исследуют необычные выделения миксины (Myxine glutinosa). В течение трех лет они будут выяснять, как этот природный гидрогель можно использовать для нужд человека.

Уникальный защитный механизм

Слизь миксины — это механизм защиты. При атаке хищника рыба выделяет железистый экссудат, который за доли секунды гелеобразуется в холодной воде, образуя массивную слизевую массу. Эта слизь иммобилизует огромные объемы воды, создавая разбавленную, вязкую и связную сеть. Хищники могут задохнуться в этой слизи и отпустить миксину.

Состав и свойства слизи

Натуральный гидрогель миксины состоит из двух основных компонентов:

• Белковые нити длиной 15–30 см, по свойствам похожие на паучий шелк (прочные и эластичные только во влажном состоянии).
• Муцин, расположенный между нитями и придающий слизи "скользкость".

Компоненты производятся в специальных брюшных железах. При опасности миксина выделяет клетки через поры, их оболочки разрываются, и высвобожденные нити и муцины мгновенно взаимодействуют с морской водой, образуя матрицу.

Ключевые характеристики:

• Слизь состоит почти на 100% из воды и содержит всего 0.004% желирующего агента.
• Соотношение массы желирующего агента к воде составляет 1:26 000 — более чем в 200 раз больше, чем в обычном животном желатине.
• Для процесса гелеобразования требуется очень мало энергии.
• Белковые филаменты в железах имеют форму сфер диаметром 150 мкм, а в слизи разворачиваются в нити длиной в несколько сантиметров.

Цели и сложности исследования

Проект направлен на создание новых "супергидрогелей", вдохновленных природным образцом. Для этого необходимо раскрыть секрет образования слизи и ее огромной водопоглощающей способности.

Исследователи нашли способ стабилизировать железистую секрецию для транспортировки в лабораторию в Цюрихе, но факторы, обеспечивающие эту стабилизацию, пока неизвестны. Их выявление может помочь в создании биомиметического продукта.

Точное функциональное воспроизведение механизма образования слизи признано нереалистичным из-за сложности природной системы. Однако разработка геля, работающего по тому же принципу, возможна.

Перспективы применения

Гидрогели уже широко используются — от подгузников и пластырей до систем орошения в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Ранее другие исследователи предлагали использовать волокна слизи миксины для производства текстиля.

Хотя практическое применение результатов этого "высокорискового" проекта пока оценить сложно, исследователи уже показали, как недолговечную слизь (разрушающуюся под механическим воздействием) можно стабилизировать и функционализировать, включая в другие гидрогели или частичные сети.