211service.com
Fabriquer des matériaux résistants aux araignées
Depuis des décennies, les chercheurs tentent de fabriquer de la soie d'araignée artificielle, un matériau léger et plus résistant que l'acier qui pourrait avoir d'innombrables applications industrielles. Dans une étape importante vers cet objectif, des chercheurs de l'Université Tufts ont créé des microbes génétiquement modifiés qui produisent plus de protéines nécessaires à la fabrication de la soie d'araignée que jamais auparavant.
La soie microbienne : Cette fibre est composée de protéines de soie d'araignée de haute qualité produites par des bactéries génétiquement modifiées.
La soie de dragline - le type que les araignées utilisent pour les jantes et les rayons de leurs toiles - est plus résistante et beaucoup plus légère que l'acier. Les bactéries modifiées peuvent produire les protéines nécessaires à la synthèse de cette soie, qui est filée ensemble pour fabriquer des fibres. Cependant, les efforts précédents pour fabriquer de la soie d'araignée à l'aide de bactéries ont été paralysés pour plusieurs raisons. Premièrement, les chercheurs ont eu une image incomplète de la séquence du gène de la soie dragline. Et deuxièmement, ils ont eu un succès limité dans la modification des bactéries pour produire suffisamment de protéines.
David Kaplan , président du département de génie biomédical de l'Université Tufts, a été le pionnier de l'application de la soie de ver à soie dans les dispositifs médicaux, l'électronique biodégradable, les dispositifs optiques et les adhésifs. Il pense que la soie d'araignée, qui est plus résistante que la variété de ver à soie, pourrait ouvrir de nouvelles applications, mais dit : Elle n'a pas été autant explorée parce que nous n'avons pas eu assez de matériel. Les araignées sont agressives et territoriales et ne peuvent donc pas être élevées comme des vers à soie.
Les bio-ingénieurs n'ont eu qu'un succès modeste dans l'obtention de microbes pour fabriquer des protéines de soie d'araignée. Géant de la chimie DuPont essayé sans succès de développer un produit en soie produit par des bactéries dans les années 1990. Une partie du problème est que la soie d'araignée est fabriquée à partir d'une très grosse protéine avec une séquence génétique très répétitive, ce qui la rend difficile à décoder, dit Christophe Voigt , professeur de chimie pharmaceutique à l'Université de Californie à San Francisco.
L'année dernière, des chercheurs utilisant de nouvelles technologies de séquençage ont produit la première séquence génétique complète de la soie d'araignée. Avant cela, les chercheurs étaient obligés d'utiliser des gènes de soie tronqués, et les fibres fabriquées à l'aide de ces gènes n'étaient pas aussi solides et résistantes que la soie naturelle.
Même avec la séquence complète du gène de la soie de dragline, la production de soie artificielle est un défi. Faire suffisamment de protéines nécessite une plus grande quantité de matière première que les bactéries contiennent naturellement. En collaboration avec des chercheurs du Korea Advanced Institute of Science and Technology de Daejeon et de l'Université nationale de Séoul, Kaplan a ajouté le gène de la soie complet à E. coli et ensuite modifié la voie de fabrication des protéines de la bactérie afin qu'elle fabrique des quantités suffisantes d'acides aminés nécessaires pour permettre la production de soie. Auparavant, les bactéries modifiées n'étaient capables de produire que des dizaines de milligrammes de protéine par litre. de Kaplan E. coli rendement un à deux grammes par litre.
Ils ont clairement montré que E. coli peut fabriquer ces grosses protéines, et les a conçues pour avoir les ressources pour le faire, dit Randy Lewis , professeur de biologie moléculaire à l'Université du Wyoming. Lewis prédit qu'il sera possible d'utiliser un système bactérien pour produire des kilogrammes de soie d'araignée artificielle d'ici quelques années.
Kaplan dit que c'est son plan. Nous aimerions en faire un processus de production continu, dit-il.
Kaplan dit que ce qu'il faut maintenant, ce sont des méthodes plus économes en énergie pour transformer les protéines en fibres. En utilisant des méthodes de filage similaires à celles utilisées pour fabriquer des fibres polymères telles que le polyester, son groupe a créé des fibres à partir des protéines de l'équipe avec des propriétés comparables à la soie de dragline naturelle en termes de résistance, d'élasticité et de ténacité. Cependant, comme les protéines de soie d'araignée sont capricieuses et insolubles dans l'eau, leur transformation en fibres nécessite un traitement à haute température et des solvants agressifs.
Les fibres nécessitent une énorme quantité d'énergie à assembler, explique Kaplan. Les scientifiques des matériaux aimeraient fabriquer des fibres de soie à la manière des araignées : à température ambiante, sans solvants agressifs.
Une nouvelle approche du problème est poursuivie par Luc Lee , directeur du centre de nanotechnologie moléculaire de l'Université de Californie à Berkeley. Il conçoit des systèmes de filature qui incorporent des canaux microfluidiques conçus pour fournir les gradients de sel et de solvant trouvés dans les glandes des araignées. Une société appelée Matériaux remaniés , fondée par des étudiants de Lee et Voigt, travaille également sur le problème de la filature.