Tworzenie żywych materiałów przy użyciu bakterii i drukowania 3D

W artykule zatytułowanym "Programowalne i drukowane biofilmy Bacillus subtilis jako inżynieryjne żywe materiały" zespół naukowców omawia, w jaki sposób wykorzystują drukowanie 3D do produkcji niestandardowych biomateriałów w nanoskali z naturalnego wydzielania włókien amyloidowych z bakterii Bacillus subtilis. Bakterie wytwarzają biofilmy przez wydzielanie włókien amyloidowych za pomocą ściśle kontrolowanego skupiska genów zwanego operonem tapA-sipW-tasA. TapA zsyntetyzuje zewnątrzkomórkowy skład białek TasA, tworząc nanowłókna amyloidowe, które nadają biofilmu jego integralność strukturalną. Naukowcom udało się zmodyfikować genetycznie białko TasA i wprowadzić funkcjonalne grupy chemiczne na włókna TasA wydalane przez bakterie. Oznacza to, że folie bakteryjne mogą być zaprojektowane jako funkcjonalne żywe materiały.

Naukowcy byli w stanie zaprojektować bakterie do wydzielania włókien zawierających enzymatyczne grupy funkcyjne do nieszkodliwych produktów. Łączono również biofilmy wytworzone z wieloma szczepami bakterii, co pozwoliło im na dwuetapową degradację pestycydu paraoksanu. Pokazuje to potencjał do produkcji wydajnych, przyjaznych dla środowiska materiałów.

Oprócz pokazania funkcjonalnych możliwości biofilmów naukowcy zbadali również ich przetwarzalność jako materiały. Ze względu na lepkosprężyste właściwości biofilmów doskonale nadają się do druku 3D. Modyfikacja grup funkcyjnych wydzielanych enzymów nie utrudniła przetwarzania biofilmów, zamiast tego umożliwia naukowcom dostrojenie ich właściwości lepkosprężystych do zastosowań drukowania 3D.

Wykazano, że żywe materiały są zdolne do samoregeneracji po wydrukowaniu, zachowując oryginalny kształt druku, a także właściwości lepkosprężyste i funkcjonalne. Bakterie były w stanie włączyć się do ich włókien bez wpływu na wzrost biofilmu lub żywotność komórek. Komórki zachowały żywotność przez pięć tygodni bez dodatkowego żywienia.

"Ponieważ ten nowy rodzaj żywego materiału funkcjonalnego oferuje wcześniej nieosiągalne właściwości wydajności materiału istotne dla produkcji, nasze badanie otwiera drzwi do rozwoju wielu możliwych nowych klas złożonych materiałów wielofunkcyjnych i dynamicznych i regeneracyjnych nanotechnologii ", podsumowują naukowcy.

Autorami publikacji są: Jiaofang Huang, Suying Liu, Chen Zhang, Xinyu Wang, Jiahua Pu, Fang Ba, Shuai Xue, Haifeng Ye , Tianxin Zhao, Ke Li, Yanyi Wang, JicongZhang, Lihua Wang, Chunhai Fan, Timothy K. Lu i Chao Zhong.