Inženýři vytvářejí „živé materiály“ – inspirované symbiotickou kulturou, ze které se čaj Kombucha vyrábí

Inženýři vyvinuli novou metodu pro výrobu houževnatých a funkčních materiálů se směsí bakterií a kvasinek podobnou „matce kombuchy“ používané k fermentaci čaje. Fotografický kredit: Chenfu Hsing

Symbiotická kultura specializovaných kvasinek a bakterií může produkovat houževnaté materiály, které mohou vykonávat širokou škálu funkcí.

Inženýři ve společnosti S a Imperial College London vyvinuli novou metodu použití směsi bakterií a kvasinek k výrobě odolných a funkčních materiálů podobných „kombucha matka“ používané k fermentaci čaje.

S touto směsí, nazývanou také SCOBY (symbiotická kultura bakterií a kvasinek), byli vědci schopni vytvořit celulózu, která je obsažena v enzymech, které mohou vykonávat různé funkce, například: B. detekce látek znečišťujících životní prostředí. Rovněž prokázali, že mohou droždí zpracovávat přímo do materiálu a vytvářet „živé materiály“, které lze použít k čištění vody, nebo vyrábět „chytré“ obalové materiály, které dokážou detekovat poškození.

„Předvídáme budoucnost, kde by bylo možné pěstovat různé materiály doma nebo v místních výrobních zařízeních s využitím biologie namísto centralizované výroby náročné na zdroje,“ řekl Timothy Lu, profesor elektrických a počítačových věd na MIT a biotechnologie na MIT.

Lu a Tom Ellis, profesor bioinženýrství na Imperial College v Londýně, jsou hlavními autory článku, který byl publikován 11. ledna 2021 v Přírodní materiály. Hlavními autory práce jsou postgraduální student MIT Tzu-Chieh Tang a postdoktor Charlie Gilbert z Cambridge University.

Dělba práce

Před několika lety vyvinula Luova laboratoř případ použití E-coli Vytvořit biofilmy, do kterých jsou vloženy materiály, jako jsou zlaté nanodráty. Tyto filmy jsou však velmi malé a tenké, což ztěžuje jejich použití ve velkém měřítku ve většině aplikací. V nové studii vědci chtěli najít způsob, jak pomocí mikrobů vytvářet větší množství podstatnějších materiálů.

Přemýšleli o vytvoření mikrobiální populace podobné matce kombuchy, což je směs určitých druhů bakterií a kvasinek. Tyto fermentační továrny, které obvykle obsahují jeden typ bakterií a jeden nebo více druhů kvasinek, vyrábějí ethanol, celulózu a kyselinu octovou kyselina, který dává čaji Kombucha nezaměnitelnou chuť.

SynSCOBY

Pomocí bakterií a kvasinek podobných těm v Kombucha mohou inženýři MIT vytvářet „živé materiály“. Fotografický kredit: Tzu-Chieh (Zijay) Tang

Většina divokých kmenů kvasinek používaných k fermentaci se obtížně geneticky modifikuje, proto je vědci nahradili laboratorním kmenem kvasinek zvaným Saccharomyces cerevisiae. Kombinovali droždí s typem bakterie zvané Komagataeibacter rhaeticuskteří předtím izolovali své zaměstnance na Imperial College v Londýně od matky kombuchy. Tento druh může produkovat velké množství celulózy.

Protože vědci použili laboratorní kmen kvasinek, dokázali buňky zkonstruovat tak, aby udělali vše, co laboratorní kvasinky mohou – například produkovat enzymy, které září ve tmě nebo detekují znečišťující látky v prostředí. Kvasinky lze také naprogramovat tak, aby po detekci mohly rozkládat znečišťující látky.

Robustní celulózový materiál

Vědci zvednou film z jejich materiálu, tvrdé celulózy, která může být zalita v enzymech nebo v živých buňkách. Fotografický kredit: Tzu-Chieh (Zijay) Tang

Bakterie v kultuře mezitím produkují velké množství tvrdé celulózy, která slouží jako lešení. Vědci navrhli svůj systém takovým způsobem, aby mohli kontrolovat, zda jsou do celulózové struktury zabudovány samotné kvasinky nebo pouze enzymy, které produkuje. Růst materiálu trvá jen několik dní. Pokud zůstane dostatečně dlouho, může zesílit a zabírat místo o velikosti vany.

“Myslíme si, že je to dobrý systém, který je velmi levný a velmi snadno vyrobitelný ve velmi velkém množství,” říká Tang. “Je to nejméně tisíckrát více materiálu než to E-coli Systém.”

Stačí přidat čaj

Aby demonstrovali potenciál své mikrobiální kultury, kterou nazývají „Syn-SCOBY“, vyvinuli vědci materiál, který obsahuje kvasinky, které snímají estradiol, který se někdy vyskytuje jako látka znečišťující životní prostředí. V jiné verzi použili kmen kvasinek, který při vystavení modrému světlu produkuje zářící protein zvaný luciferáza. Tyto kvasinky lze vyměnit za jiné kmeny, které detekují jiné znečišťující látky, kovy nebo patogeny.

Kultura může být pěstována v normálním kvasinkovém kultivačním médiu, které vědci používali pro většinu svých studií, ale také prokázali, že může růst v čaji s cukrem. Vědci předpokládají, že plodiny lze upravit tak, aby je lidé mohli používat doma k pěstování vodních filtrů nebo jiných užitečných materiálů.

„To může udělat kdokoli ve své kuchyni nebo doma,” říká Tang. „Nemusíte být odborníkem.” Potřebujete jen cukr, potřebujete čaj, abyste dodali živiny, a potřebujete kousek ořechu Syn-SCOBY. “

Odkaz: „Živé materiály s programovatelnými funkcemi, které byly vypěstovány z geneticky modifikovaných mikrobiálních kultur“ Charlie Gilbert, Tzu-Chieh Tang, Wolfgang Ott, Brandon A. Dorr, William M. Shaw, George L. Sun, Timothy K. Lu a Tom Ellis 11. ledna 2021, Přírodní materiály.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00857-5

Výzkum byl částečně financován z US Army Research Office, MIT Institute for Soldier Nanotechnologies a MIT-MISTI MIT-Imperial College London Seed Fund. Tang byl podporován MIT J-WAFS Fellowship.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.