Исследователи из Университета Макгилла совершили прорыв в изучении слизи бархатных червей, которая обладает уникальной способностью обратимо превращаться из жидкости в волокно. Это открытие может стать основой для создания новых типов перерабатываемых биопластиков и экологически устойчивых материалов.
Бархатные черви — небольшие похожие на гусениц существа, обитающие во влажных лесах южного полушария. Они используют свою слизь в качестве оружия для захвата добычи. При выбросе эта слизь мгновенно затвердевает, образуя волокна прочностью сравнимые с нейлоном. Однако, в отличие от синтетических материалов, эти волокна могут растворяться в воде и снова формироваться в новые нити.
Профессор химии Мэтью Харрингтон, занимающий должность Канадского исследовательского кресла по зеленой химии, возглавил исследование, проведенное совместно с учеными из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре. «Уникальность этого материала в том, что он использует простые механические силы — растяжение и натяжение — вместо нагревания или химической обработки для изменения своей структуры», — отмечает Харрингтон.
Команда исследователей идентифицировала ранее неизвестные белки в слизи, которые функционируют аналогично клеточным рецепторам в иммунной системе. Эти рецепторные белки, вероятно, связывают крупные структурные белки в процессе формирования волокон. Для анализа слизи ученые использовали секвенирование белков и структурное прогнозирование с помощью искусственного интеллекта, применяя инструмент AlphaFold, удостоенный Нобелевской премии 2024 года.
Особенно впечатляющим аспектом исследования стал сравнительный анализ подгрупп бархатных червей из Австралии, Сингапура и Барбадоса, которые эволюционно разделились около 380 миллионов лет назад. Несмотря на такой длительный период независимой эволюции, белковая структура слизи сохранилась практически неизменной, что указывает на её фундаментальную важность для выживания этих организмов.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, открывают перспективы для разработки новых материалов, способных трансформироваться без энергоемких процессов. «Мы видим потенциал для создания альтернативы нефтяным пластикам, которые требуют химической обработки для переработки», — поясняет Харрингтон.
Природный механизм бархатных червей предлагает модель для разработки материалов, которые могут многократно менять форму и структуру при минимальном воздействии на окружающую среду. Такие биоинспирированные материалы могли бы совершить революцию в производстве пластиков, значительно снизив энергозатраты и экологический след промышленности.
Исследователи продолжают изучать молекулярные механизмы этого процесса, надеясь в ближайшем будущем создать прототипы биопластиков, основанных на принципах работы слизи бархатных червей. Если эти разработки окажутся успешными, технология, сохранявшаяся в природе почти 400 миллионов лет, может помочь решить одну из самых острых экологических проблем современности.
Изображение носит иллюстративный характер
Бархатные черви — небольшие похожие на гусениц существа, обитающие во влажных лесах южного полушария. Они используют свою слизь в качестве оружия для захвата добычи. При выбросе эта слизь мгновенно затвердевает, образуя волокна прочностью сравнимые с нейлоном. Однако, в отличие от синтетических материалов, эти волокна могут растворяться в воде и снова формироваться в новые нити.
Профессор химии Мэтью Харрингтон, занимающий должность Канадского исследовательского кресла по зеленой химии, возглавил исследование, проведенное совместно с учеными из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре. «Уникальность этого материала в том, что он использует простые механические силы — растяжение и натяжение — вместо нагревания или химической обработки для изменения своей структуры», — отмечает Харрингтон.
Команда исследователей идентифицировала ранее неизвестные белки в слизи, которые функционируют аналогично клеточным рецепторам в иммунной системе. Эти рецепторные белки, вероятно, связывают крупные структурные белки в процессе формирования волокон. Для анализа слизи ученые использовали секвенирование белков и структурное прогнозирование с помощью искусственного интеллекта, применяя инструмент AlphaFold, удостоенный Нобелевской премии 2024 года.
Особенно впечатляющим аспектом исследования стал сравнительный анализ подгрупп бархатных червей из Австралии, Сингапура и Барбадоса, которые эволюционно разделились около 380 миллионов лет назад. Несмотря на такой длительный период независимой эволюции, белковая структура слизи сохранилась практически неизменной, что указывает на её фундаментальную важность для выживания этих организмов.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, открывают перспективы для разработки новых материалов, способных трансформироваться без энергоемких процессов. «Мы видим потенциал для создания альтернативы нефтяным пластикам, которые требуют химической обработки для переработки», — поясняет Харрингтон.
Природный механизм бархатных червей предлагает модель для разработки материалов, которые могут многократно менять форму и структуру при минимальном воздействии на окружающую среду. Такие биоинспирированные материалы могли бы совершить революцию в производстве пластиков, значительно снизив энергозатраты и экологический след промышленности.
Исследователи продолжают изучать молекулярные механизмы этого процесса, надеясь в ближайшем будущем создать прототипы биопластиков, основанных на принципах работы слизи бархатных червей. Если эти разработки окажутся успешными, технология, сохранявшаяся в природе почти 400 миллионов лет, может помочь решить одну из самых острых экологических проблем современности.