Слизь миксины — идеальный биоволокно

(Phys.org) — Слизь, которую выделяет миксина, обладает выдающейся прочностью и удивительной способностью к расширению, что привлекло внимание ученых, пытающихся воспроизвести ее в лаборатории. Пока одни только начинают понимать, как работают продуцирующие слизь железистые нитевидные клетки (GTCs), другие уже стремятся коммерциализировать слизь как высокопрочное волокно.

Стартап в области синтетической биологии Benthic Labs видит в этой слизи материал с потенциалом применения в одежде, бронежилетах и медицине. По весу слизь в пять раз прочнее стали. Ее прочность составляет 800 мегапаскалей, что почти так же прочно, как паучий шелк (1 гигапаскаль), поскольку оба материала созданы в основном из сходного белка промежуточных филаментов (IF). Для сравнения, самый прочный клей из мидий выдерживает лишь 800 000 паскалей на полярных поверхностях и 30 000 на неполярных.

Каждая нить IF имеет ширину всего 12 нм, но длину 15 см. Подобно вирусам, упаковывающим ДНК, эта нить плотно свернута в 15 или 20 слоев внутри одной GTC. Толщина IF находится между двумя другими основными структурными полимерами клетки: актиновыми филаментами (7 нм) и микротрубочками (25 нм). Базовая единица IF — антипараллельно ориентированный тетрамер, не имеющий полярности, в отличие от актина или микротрубочек.

Стратегия Benthic Labs заключается во встраивании ДНК миксины, кодирующей белки нити, в плазмиду, которую затем помещают в бактерии для массового производства белка. Однако для достижения заявленных характеристик потребуется не просто «суп из IF». Настоящие биоволокна, такие как шелк, — это сложные структуры. Для слизи миксины ключевую роль играет чрезвычайно быстрое расширение, от которого зависит выживание. Оно отчасти обеспечивается везикулами муцина, которые высвобождаются вместе со слизью, создавая гидродинамические силы для разворачивания нитей.

Считается, что существует также водорастворимый клей, который растворяется в морской воде, высвобождая упругую энергию, запасенную в волокнах. Таким образом, несколько чашек секрета, содержащего около 25 000 нитевых волокон, могут быстро превратиться в ведра защитной слизи. Если устранить зависимость от морской воды, могут появиться наземные применения, например, в автомобильных подушках безопасности.

Как и в случае с паучьим шелком, путь к репликации и производству может быть долгим, но несколько групп ученых уверены, что препятствия можно преодолеть.