Бактерії E.Coli стали основою "живого"матеріалу, здатного реагувати на зміни навколишнього середовища
За весь час існування мікробіології як науки люди використовували бактерії виду Escherichia coli (E. coli) в якості піддослідного "стенду". Раніше на них проводили різні дослідження і перевіряли дію всіляких препаратів. Останнім же час, завдяки досягненням в області генної інженерії, спеціалізовані штами цих мікроорганізмів почали виступати у ролі джерел біологічного палива, біологічних комп'ютерів і пристроїв зберігання інформації. А нещодавно дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили спосіб об'єднання бактерій E.Coli з живими елементами, такими як наночастки та квантові точки, створивши "живий матеріал", здатний реагувати на зміни навколишнього середовища і обмінюватися інформацією в його межах.
Спеціально розроблений генетичний штам бактерій E.Coli здатний виробляти найтонші біоплівки, які успадковують всі характеристики укладених бактерії наночастинок. Одержаний гібридний матеріал, у відповідь на зміни зовнішніх умов, може виробляти складні органічні та біологічні молекули, покривати собою великі площі і купувати інші властивості, такі, як здатність проводити електричний струм, випромінювати світло певної довжини хвилі та зберігати інформацію в ДНК.
Дослідження, результати яких були описані в журналі Nature Materials, є демонстрацією абсолютно нового підходу до проблеми виробництва великих пристроїв, таких, як сонячні батареї, біодатчики і самозаживляющиеся матеріали, що володіють наборами наперед заданих унікальних фізичних, електричних, хімічних і механічних властивостей.
"Наша ідея полягає в тому, щоб об'єднати всі привабливі сторони живого та неживого світу, що дозволить нам створювати нові гібридні матеріали, що складаються зі спеціалізованих живих клітин, бактерій або більш складних примітивних організмів" - розповідає Тімоті Лу (Timothy Lu), дослідник з Массачусетського технологічного інституту, - "Нові принципи синтезу матеріалів та їх використання в принципі відрізняються від того, що зараз використовують люди. І цей підхід дозволить нам у майбутньому реалізовувати такі речі і технології, які зараз вважаються чимось з розряду наукової фантастики".
Дослідники використовували бактерії E.Coli з-за їх природної здатності до виробництва біоплівок. Формуючи біоплівки, бактерії виробляють волокна з крохмалистих білків, які дозволяють плівці прикріплятися до будь-якої поверхні і формують структуру самої біоплівки. Внісши зміни у структуру білкових волокон за допомогою білків, званих пептидами, дослідники можуть отримати гібридний матеріал, володіє унікальними властивостями. Ці волокна можуть містити в собі наночастинки золота та іншого матеріалу, що робить плівку струмопровідної, а включення в волокна крихітних кристалів інших речовин дозволяє за допомогою квантово-механічних ефектів випромінювати або поглинати фотони світла.
Найсуттєвіша особливість "живих" гібридних матеріалів полягає в здатності спілкування окремих мікроорганізмів або частин матеріалу між собою. "Гібридний матеріал насправді є досить простою системою. Тим не менш, обмін інформацією між окремими частинами матеріалу може з часом призвести до значного ускладнення його структури. Купуючи за рахунок ускладнення структури нові функції і можливості, матеріал уподібнюється живої біологічної системи, яка може продовжувати рости і розвиватися далі абсолютно самостійно", - розповідає Тімоті Лу.
В даний час дослідники розглядають можливість включення нових гібридних матеріалів в структуру сонячних батарей, що дозволить збільшити ефективність перетворення сонячного світла в електричну енергії. А пізніше дослідники збираються розробити гібридні покриття, у складі яких будуть перебувати певні ферменти, здатні розщеплювати целюлозу, що може бути використано для переробки сільськогосподарських відходів на біологічне паливо.