Инженеры создают "живые материалы"

Инженеры Массачусетского технологического института и Имперского колледжа Лондона разработали новый способ создания прочных функциональных материалов с использованием смеси бактерий и дрожжей. Авторы статьи "Living materials grown from kombucha", опубликованной в журнале Nature Materials, видят большой потенциал в дальнейшем развитии этой идеи.


Используя эту смесь, также называемую SCOBY (симбиотическая культура бактерий и дрожжей), исследователи смогли получить целлюлозу, содержащую ферменты, которые могут выполнять множество функций, например, определять загрязнители окружающей среды. Они также показали, что возможно включать дрожжи непосредственно в материал, создавая так называемые "живые материалы", которые используются для очистки воды или для изготовления "умных" упаковочных материалов, способных обнаруживать различного рода повреждения.

"Мы видим будущее, в котором такие материалы можно будет выращивать дома или на местных предприятиях, используя биологию, а не ресурсоемкое централизованное производство", - говорит Тимоти Лу, доцент кафедры электротехники, информатики и биологической инженерии Массачусетского технологического института.

Несколько лет назад лаборатория Лу разработала способ использования кишечной палочки для создания биоплёнок, содержащих такие материалы, как золотые нанопроволоки. Однако эти плёнки были очень маленькие и тонкие, что затрудняло их использование в создании новых материалов.

В настоящем исследовании учёные подумали о создании популяции микробов, подобных материнскому чайному грибу, который представляет собой смесь определенных типов бактерий и дрожжей. Эти ферментационные фабрики, которые обычно содержат один вид бактерий и один или несколько видов дрожжей, производят этанол, целлюлозу и уксусную кислоту, которые придают чайному грибу его характерный аромат.

Большинство штаммов диких дрожжей, используемых для ферментации, сложно генетически модифицировать, поэтому исследователи заменили их штаммом лабораторных дрожжей под названием Saccharomyces cerevisiae. Они объединили дрожжи с типом бактерий Komagataeibacter rhaeticus, который их коллеги из Имперского колледжа Лондона ранее выделили из чайного гриба. Этот вид может производить большое количество целлюлозы.

Поскольку исследователи использовали лабораторный штамм дрожжей, они сконструировали клетки так, чтобы они могли делать всё, что могут делать лабораторные дрожжи, например, производить ферменты, светящиеся в темноте, или определять загрязняющие вещества в окружающей среде. Дрожжи также можно "запрограммировать" на разрушение загрязняющих веществ.

Для создания материала требуется всего несколько дней, с течением времени он может утолщаться и занимать пространство размером с ванну. 

"Мы думаем, что это хорошая система производства, она очень дешевая, а материал легко производить в больших количествах", - говорит Тан. 

Чтобы продемонстрировать потенциал своей микробной культуры, которую они называют "Syn-SCOBY", учёные создали материал, содержащий дрожжи, которые чувствуют эстрадиол, он иногда обнаруживается как загрязнитель окружающей среды. В другой версии исследователи использовали штамм дрожжей, которые вырабатывают при воздействии синего света светящийся белок под названием люцифераза.

Исследователи предполагают, что культуры можно адаптировать для использования обычными людьми дома с целью выращивания собственных фильтров для воды или других полезных материалов.

"Каждый сможет сделать это на своей кухне, - говорит Тан. - Тут не нужно быть экспертом. Вам понадобится обычный сахар и чай, чтобы обеспечить культуру питательными веществами, и кусочек Syn-SCOBY mother".

Проект частично финансировался Исследовательским офисом армии США, Институтом солдатских нанотехнологий Массачусетского технологического института и посевным фондом Лондонского имперского колледжа MIT-MISTI. Тана наградили стипендией MIT J-WAFS.

СПРАВКА MASHNEWS:
Массачусетский технологический институт (Massachusetts Institute of Technology) — университет и исследовательский центр, расположенный в Кембридже (пригороде Бостона), штат Массачусетс, США. Также известен как Массачусетский институт технологий и Массачусетский технологический университет. Одно из самых престижных технических учебных заведений США и мира, которое занимает лидирующие позиции в престижных рейтингах университетов мира и является новатором в областях робототехники и искусственного интеллекта.


Больше новостей: