Інженери Массачусетського технологічного інституту і Імперського коледжу Лондона розробили новий спосіб отримання функціональних матеріалів з використанням суміші бактерій і дріжджів, подібної до «чайного гриба».
Tzu-Chieh (Zijay) Tang
Чайний гриб, який тримають в банках на кухні і використовують для приготування своєрідного напою, являє собою насправді не єдиний організм, а спільноту, утворену бактеріями і дріжджовими грибами декількох видів, які вступили в симбіоз. Біологи дали таким об’єктам назву SCOBY (симбіотична культура бактерій і дріжджів, symbiotic culture of bacteria and yeast). З грибів в «чайному грибі» найбільш часто присутні пекарські дріжджі (Saccharomyces cerevisiae), але можлива присутність ще близько десятка видів; бактеріальний компонент майже завжди містить Gluconacetobacter xylinus, також зустрічаються інші представники сімейства оцтовокислих бактерій (Acetobacteraceae). Бактерії окислюють спирти, які виробляються дріжджами, перетворюючи їх в оцтову кислоту та інші кислоти.
- Музика Моцарта діє як знеболююче для новонароджених
- З’явилися нові форми таблеток: вчені пояснили, навіщо вони потрібні і як їх ковтати
Використовуючи SCOBY, дослідники змогли отримати целюлозу, що містить ферменти, які можуть виконувати безліч функцій, таких як визначення забруднювачів навколишнього середовища. Вони також показали, що можна включати дріжджі безпосередньо в матеріал, створюючи «живі матеріали», придатні для очищення води або для виготовлення «розумних» пакувальних матеріалів, які зможуть виявляти пошкодження. «Ми передбачаємо майбутнє, в якому різні матеріали можна буде вирощувати вдома або на місцевих виробничих підприємствах, використовуючи біологію, а не ресурсомістке централізоване виробництво», – говорить Тімоті Лу (Timothy Lu), що працює на кафедрі електротехніки, інформатики та біологічної інженерії Массачусетського технологічного інституту.
Кілька років тому в лабораторії Тімоті Лу навчилися створювати за допомогою бактерії кишкової палички біоплівки, що містять такі елементи, як золотий нанодріт. Але віднайдені бактеріями плівки були занадто тонкими для використання їх в великомасштабних додатках, тому дослідники вирішили звернутися до культури дріжджів і бактерій для створення специфічних матеріалів в більшому обсязі.
Тімоті Лу і його співробітники теж використовували пекарські дріжджі (Saccharomyces cerevisiae), оскільки інші дикі типи дріжджів, що зустрічаються в чайних грибах, важко піддаються генетичній модифікації. Як бактеріальний компонент були використані Komagataeibacter rhaeticus, яких раніше вчені з Імперського коледжу в Лондоні виділили з чайних грибів. Цей вид бактерій здатний виробляти велику кількість целюлози. У свою чергу, Saccharomyces cerevisiae, в залежності від обраного штаму, здатні виробляти вибрані ферменти. Зокрема, ці дріжджі можна запрограмувати так, щоб виділені ними ферменти зв’язувалися із забруднюючими речовинами і руйнували їх. Вироблена бактеріями целюлоза служила основою для розміщення ферментів. Щоб виростити такий матеріал, потрібно всього кілька днів, а якщо дати бактеріям і дріжджям працювати довго, вони здатні заповнити своєю продукцією цілу ванну.
- Частинки пластику з упаковки потрапили в мозок через дві години після їжі
- Вчені з’ясували вплив водопровідної та бутильованої води на смак чаю
Для демонстрації потенціалу своєї мікробної культури, яку вони називають «Syn-SCOBY», дослідники створили матеріал, що містить дріжджі, які відчувають естрадіол, жіночий статевий гормон і компонент лікарських препаратів, в останні десятиліття здатний проникати в водойми. В іншій версії вони використовували штам дріжджів, які виробляють білок, який світиться званий люціфераза, при впливі синього світла. При необхідності можна використовувати інші штами дріжджів, які виявляють інші забруднювачі.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Materials.