Musslors vidhäftande protein är modellen för en ny, syntetiskt lim utvecklat av McKelvey School of Engineerings Fuzhong Zhang. Skapat av konstruerade mikrober och modellerat efter ämnet som musslor använder för att hålla fast vid nedsänkta ytor, detta lim kommer också att fungera under vatten. Kredit:Zhang lab
Musslor fastnar på stenar på havsbotten, till vattenväxter, och – till båtfolkets bestörtning – kan de lifta fast på sjöfartsfartyg oavsett sammansättning:metaller, sudd, glas, trä med mera.
Men dagens besvärande musslor kan hjälpa forskare att utveckla ett nytt sätt att laga ett sår.
Forskare vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis har replikerat musslans klibbiga protein och arbetar nu för att förbättra det för dagligt bruk. Den starka, undervattenslim kan ha många användningsområden, det kunde till och med hjälpa till att fixa just de båtar som nu plågas av blötdjuren.
"De flesta syntetiska lim fungerar inte på våta ytor, men musselfotsproteiner (Mfp) kan fästa på ytor även under vattnet, " sa Fuzhong Zhang, docent i energi, miljö- och kemiteknik. "Denna unika egenskap gör Mfp lämplig för många applikationer, från undervattensreparation till biomedicinska lim. Med ytterligare ingenjörskonst, ett Mfp-lim kan användas för att läka sår, eller kanske till och med för att ersätta suturer."
Zhang har fått en $502, 034-anslag från Office of Naval Research för att förbättra deras initiala framgång, mikrobiellt framställda undervattenslim som är starkare än de som skapas naturligt av musslor.
Den här bilden visar styrkan hos en ny, syntetiskt lim utvecklat av Zhang. Skapat av konstruerade mikrober och modellerat efter ämnet som musslor använder för att hålla fast vid nedsänkta ytor, detta lim kommer också att fungera under vatten. Kredit:Zhang lab
Forskning i Zhang-labbet fokuserar på att konstruera mikrober för att producera förnybara material och kemikalier med önskade egenskaper, ett område som kallas syntetisk biologi. Ett exempel på hans teams arbete inkluderar ingenjörsbakterier som producerade syntetiskt spindelsilke lika starkt och segt som naturliga spindelsilkefibrer. För vidhäftande proteiner, i forskning publicerad i slutet av 2018, hans team visade att syntetiska proteiner tillverkade av konstruerade bakterier kan vara ännu mer vidhäftande än naturliga Mfps när de används under vatten.
Kraften med syntetisk biologi är att forskare kan finjustera egenskaperna hos proteinmaterial genom att manipulera deras genetiska koder. "Vi kan ändra en parameter varje gång, " sa Zhang. Till exempel, längden på en kedja av Mfp5. "Om med en ökning med en parameter, vi ser att vidhäftningen blir bättre och bättre, då kan vi säga, 'OK, denna parameter kan öka vidhäftningen, '" han sa.
Det visar sig, det är precis vad teamet har hittat:när Mfp-proteinkedjan gjordes längre, dess undervattensvidhäftning var starkare än den med naturlig kedjelängd.
Detta tillvägagångssätt kan tillåta dem att utforska många okända mekanismer som kontrollerar undervattensvidhäftning, parameter för parameter. "Att förstå mekanismen genom syntes har potential att leda till ytterligare förbättringar av vidhäftningen, eller förbättra andra limegenskaper." sa Zhang. "I allmänhet, vi försöker förstå mekanismen med hjälp av syntetisk biologi genom att producera och testa materialen."
