La biologie synthétique rencontre la mode dans la soie technique

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Les scientifiques sont depuis longtemps intrigués par les propriétés remarquables de la soie d’araignée, qui est moreover solide que l’acier mais incroyablement légère et adaptable. Maintenant, Fuzhong Zhang, professeur de génie énergétique, environnemental et chimique à la McKelvey College of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, a fait une percée significative dans la fabrication de soie d’araignée synthétique, ouvrant la voie à une nouvelle ère de développement sturdy. fabrication de vêtements.

Depuis l’ingénierie de la soie d’araignée recombinante en 2018 à l’aide de bactéries, Zhang s’est efforcé d’augmenter le rendement des fils de soie produits à partir de microbes tout en conservant ses propriétés souhaitables de résistance et de ténacité accrues.

Des rendements in addition élevés seront essentiels si la soie synthétique doit être utilisée dans des applications quotidiennes, en particulier dans l’industrie de la mode où les matériaux renouvelables sont très demandés pour endiguer les impacts environnementaux résultant de la creation d’environ 100 milliards de vêtements et de 92 thousands and thousands de tonnes de déchets chaque année..

Avec l’aide d’une protéine de pied de moule modifiée, Zhang a créé de nouvelles protéines de fusion de soie d’araignée, appelées soies fusionnées MFP bi-terminales (btMSilks). La creation microbienne de btMSilks a des rendements huit fois moreover élevés que les protéines de soie recombinantes, et les fibres de btMSilk ont ​​une résistance et une ténacité considérablement améliorées tout en étant légères. Cela pourrait révolutionner la fabrication de vêtements en offrant une substitute additionally écologique aux textiles traditionnels. Les résultats ont été publiés le 14 avril dans Nature Communications.

“Les propriétés mécaniques exceptionnelles de la soie d’araignée naturelle proviennent de sa séquence protéique très grande et répétitive”, a déclaré Zhang. “Cependant, il est extrêmement difficile de demander à des bactéries à croissance rapide de produire beaucoup de protéines répétitives.

“Pour résoudre ce problème, nous avions besoin d’une stratégie différente”, a-t-il déclaré. “Nous sommes allés à la recherche de protéines désordonnées qui peuvent être génétiquement fusionnées à des fragments de soie pour favoriser l’interaction moléculaire, de sorte que des fibres solides puissent être fabriquées sans utiliser de grandes protéines répétitives. Et nous les avons en fait trouvées ici même dans le travail que nous avons déjà fait sur les moules. protéines du pied.”

Les moules sécrètent ces protéines spécialisées sur leurs pieds pour coller aux choses. Zhang et ses collaborateurs ont conçu des bactéries pour les produire et les transformer en adhésifs pour des purposes biomédicales. Il s’avère que les protéines du pied de moule sont également cohésives, ce qui leur permet également de bien se coller les unes aux autres. En plaçant des fragments de protéines de pied de moule aux extrémités de ses séquences de protéines de soie synthétique, Zhang a créé un matériau moins répétitif et léger qui est au moins deux fois as well as résistant que la soie d’araignée recombinante.

Les rendements sur le matériau de Zhang ont été multipliés par huit par rapport aux études précédentes, atteignant 8 grammes de matériau fibreux à partir de 1 litre de culture bactérienne. Cette sortie constitue suffisamment de tissu pour tester son utilisation dans de vrais produits.

“La beauté de la biologie synthétique est que nous avons beaucoup d’espace à explorer”, a déclaré Zhang. “Nous pouvons couper et coller des séquences de diverses protéines naturelles et tester ces conceptions en laboratoire pour de nouvelles propriétés et fonctions. Cela rend les matériaux de biologie synthétique beaucoup as well as polyvalents que les matériaux traditionnels à base de pétrole.”

Dans les travaux à venir, Zhang et son équipe élargiront les propriétés ajustables de leurs fibres de soie synthétiques pour répondre aux besoins exacts de chaque marché spécialisé.

“Parce que notre soie synthétique est fabriquée à partir de matières premières bon marché utilisant des bactéries modifiées, elle présente un remplacement renouvelable et biodégradable pour les matériaux en fibres dérivés du pétrole comme le nylon et le polyester”, a déclaré Zhang.