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| Investigadores de la Facultad de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en San Luis han desarrollado un método de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios manipulados. Esto permitió a los microbios producir la proteína muscular de alto peso molecular, la titina, que luego se hiló en fibras. En el futuro, este material podría utilizarse para la confección de prendas de vestir o incluso para equipos de protección. Crédito: Universidad de Washington en San Luis |
No te preocupes, este músculo podría producirse sin dañar a un solo animal.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en San Luis han desarrollado un método de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios manipulados. Esto permitió a los microbios producir la proteína muscular de alto peso molecular, la titina, que luego se hiló en fibras.
Su investigación se publicó el lunes 30 de agosto en la revista Nature Communications.
Además: "Su producción puede ser barata y escalable. Puede permitir muchas aplicaciones en las que la gente había pensado antes, pero con fibras musculares naturales", dijo Fuzhong Zhang, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química. Ahora, estas aplicaciones pueden hacerse realidad sin necesidad de tejidos animales reales".
La proteína muscular sintética producida en el laboratorio de Zhang es la titina, uno de los tres principales componentes proteicos del tejido muscular. El gran tamaño molecular de la titina es fundamental para sus propiedades mecánicas. "Es la proteína más grande que se conoce en la naturaleza", afirma Cameron Sargent, estudiante de doctorado de la División de Ciencias Biológicas y Biomédicas y primer autor del artículo junto con Christopher Bowen, recién graduado del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química.
Las fibras musculares han sido de interés durante mucho tiempo, dijo Zhang. Los investigadores han tratado de diseñar materiales con propiedades similares a las de los músculos para diversas aplicaciones, como la robótica blanda. "Nos preguntamos: '¿Por qué no hacemos directamente músculos sintéticos?", dijo. "Pero no vamos a extraerlos de animales, sino que utilizaremos microbios para hacerlo".
Para evitar algunos de los problemas que suelen impedir que las bacterias produzcan proteínas de gran tamaño, el equipo de investigación diseñó las bacterias para que juntaran segmentos más pequeños de la proteína en polímeros de peso molecular ultra alto de alrededor de dos megadaltons, unas 50 veces el tamaño de una proteína bacteriana media. A continuación, utilizaron un proceso de hilado en húmedo para convertir las proteínas en fibras de unas diez micras de diámetro, es decir, una décima parte del grosor de un cabello humano.
En colaboración con Young Shin Jun, catedrático del Departamento de Energía, Ingeniería Química y Medioambiental, y Sinan Keten, catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Northwestern, el grupo analizó la estructura de estas fibras para identificar los mecanismos moleculares que permiten su combinación única de dureza, resistencia y capacidad de amortiguación excepcionales, es decir, la capacidad de disipar la energía mecánica en forma de calor.
Aparte de la ropa de lujo o las armaduras de protección (de nuevo, las fibras son más resistentes que el Kevlar, el material utilizado en los chalecos antibalas), Sargent señaló que este material tiene también muchas aplicaciones biomédicas potenciales. Al ser casi idéntico a las proteínas que se encuentran en el tejido muscular, este material sintético es presumiblemente biocompatible y, por tanto, podría ser un gran material para suturas, ingeniería de tejidos, etc.
El equipo de investigación de Zhang no pretende detenerse en la fibra muscular sintética. Es probable que el futuro depare más materiales únicos gracias a su estrategia de síntesis microbiana. Bowen, Cameron y Zhang han presentado una solicitud de patente basada en la investigación.
"La belleza del sistema es que es una plataforma que puede aplicarse en cualquier lugar", dijo Sargent. "Podemos tomar proteínas de diferentes contextos naturales, ponerlas en esta plataforma para su polimerización y crear proteínas más grandes y largas para diversas aplicaciones materiales con una mayor sostenibilidad".
Fuentes, créditos y referencias:
Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25360-6