Искусственный паучий шёлк: прорыв в создании прочной и экологичной ткани

Учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством профессора Фучжун Чжана совершили прорыв в создании синтетического паучьего шёлка, открывая путь к новой эре устойчивого производства одежды.

Проблема и цель

С момента создания рекомбинантного паучьего шёлка с помощью бактерий в 2018 году, задача состояла в увеличении выхода шёлковых нитей при сохранении их прочности и эластичности. Высокий выход критически важен для применения в индустрии моды, которая ежегодно производит около 100 миллиардов изделий и 92 млн тонн отходов.

Решение: гибридный белок

Используя модифицированный белок ноги мидии (mussel foot protein), команда создала новые гибридные белки — би-терминальные Mfp слитые шёлковые белки (btMSilks).

Результаты

• Выход: Микробное производство btMSilks даёт восьмикратное увеличение выхода по сравнению с рекомбинантными шёлковыми белками.
• Свойства: Волокна btMSilk обладают значительно улучшенной прочностью и эластичностью, оставаясь лёгкими. Материал как минимум вдвое прочнее рекомбинантного паучьего шёлка.
• Объём: Удалось получить 8 граммов волоконного материала из 1 литра бактериальной культуры — достаточно для тестирования в реальных продуктах.

Научный принцип

«Выдающиеся механические свойства натурального паучьего шёлка происходят от его очень большой и повторяющейся белковой последовательности. Однако крайне сложно заставить быстрорастущие бактерии производить много повторяющихся белков», — объясняет Чжан. Стратегия заключалась в использовании неупорядоченных белков мидии, которые генетически присоединяются к фрагментам шёлка для усиления молекулярного взаимодействия, что позволяет создавать прочные волокна без использования крупных повторяющихся белков.

Перспективы

Синтетический шёлк, производимый из дешёвого сырья с помощью инженерных бактерий, представляет собой возобновляемую и биоразлагаемую альтернативу нефтехимическим волокнам, таким как нейлон и полиэстер. В будущем команда планирует расширять настраиваемые свойства волокон под нужды различных рынков.

Исследование опубликовано 14 апреля в журнале Nature Communications.