合成生物学使微生物能够锻炼肌肉

你穿肌肉纤维制成的衣服吗？ 用它来系鞋带甚至作为腰带佩戴？ 听起来可能有点奇怪，但如果这些纤维在断裂前比棉花、丝绸、尼龙甚至 Kevlar 保持更多的能量，为什么不呢？

别担心，这种肌肉可以在不伤害单个动物的情况下产生。

华盛顿大学圣路易斯麦凯尔维工程学院的研究人员开发了一种合成化学方法来聚合工程微生物内的蛋白质。 这使微生物能够产生高分子量肌肉蛋白肌联蛋白，然后将其纺成纤维。

他们的研究于 8 月 30 日星期一发表在期刊上 自然通讯。

此外：“生产成本低且可扩展。它可能允许人们以前想到的许多应用程序，但具有自然应用程序 肌肉纤维能源、环境与化学工程系教授张福中说。 现在，这些应用可能会在不需要实际动物组织的情况下实现。

张的实验室生产的人造肌肉蛋白是肌联蛋白，它是肌肉组织中的三种主要蛋白质成分之一。 对她挑剔 机械性能 是titin的大分子尺寸。 “它是自然界已知的最大的蛋白质，”卡梅伦萨金特博士说。 生物与生物医学科学系的一名学生，最近与 Christopher Bowen 博士共同撰写了该论文的第一作者。 毕业于能源、环境与化学工程系。

张说，肌纤维长期以来一直是人们感兴趣的话题。 研究人员一直在尝试为不同的应用设计具有相似肌肉特性的材料，例如软机器人。 “我们想知道，’为什么我们不直接制造合成肌肉？’”他说。 “但我们不会从动物身上收获它，我们将使用微生物来做到这一点。”

为了规避通常会阻止细菌产生大蛋白质的一些问题，研究小组设计了细菌，将蛋白质的较小部分合成为 2 兆道尔顿的超高分子量聚合物——大约是平均细菌大小的 50 倍。 蛋白质. 然后他们使用湿纺工艺将蛋白质变成直径约 10 微米的纤维，或者说是人类头发厚度的十分之一。

与合作者能源、环境和化学工程系教授 Young Shin Jun 和西北大学机械工程系教授 Sinan Keten 合作，该小组随后分析了这些纤维的结构，以确定使这些纤维成为可能的分子机制。它们独特地结合了韧性、强度和阻尼能力，或将机械能作为热量散发的能力。

除了花哨的衣服或防弹衣（同样，这种纤维比防弹背心使用的材料凯夫拉纤维更强），萨金特指出，这种材料还有许多潜在的生物医学应用。 由于它与肌肉组织中发现的蛋白质几乎相同，因此这种合成材料应该具有生物相容性，因此可能是缝合线、组织工程等的绝佳材料。

张的研究团队不打算停止配方 肌肉 基础的。 未来可能会拥有更多由微生物合成策略支持的独特材料。 Bowen、Cameron 和 Zhang 基于这项研究提交了专利申请。

“该系统的美妙之处在于它确实是一个可以在任何地方应用的平台，”萨金特说。 “我们可以从不同的自然环境中获取蛋白质，然后将它们放在这个聚合平台中，并为不同的材料应用制造更大更长的蛋白质，并具有更高的可持续性。”