Написано AZoNano 30 июля 2019 [1945900] [1945900] [1945900] ]

В самой последней статье из лаборатории Geobacter которую возглавляет Дерек Ловли, микробиолог из Университета Массачусетса в Амхерсте, он и его товарищи по команде сообщили о «значительном прогрессе» в миссии по создать электропроводящие белковые нанопроволоки в бактерии Geobacter grayreducens для использования в качестве химических и биологических сенсоров.

Подробности исследования были опубликованы в текущем выпуске ACS Synthetic Biology журнала Американского химического общества .

Ловли отмечает, что электропроводящие белковые нанопроволоки, присутствующие в Geobacter были темой глубоких исследований в его лаборатории в течение многих лет, поскольку они обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с дорогостоящими углеродными нанотрубками и кремниевыми нанопроводами, которые нуждаются в высокоэнергетических процессах. и вредные химические вещества для производства.

Напротив, нанопроволоки Geobacter можно устойчиво производить в больших количествах и культивировать с использованием возобновляемого сырья. Микробиолог отмечает, что им требуется низкое энергопотребление – одна оценка сообщает, что он использует в 100 раз меньше энергии для производства по сравнению с кремниевыми нанопроводами – и они могут быть переработаны.

По сравнению с силиконовыми проводами белковые нанопроволоки более тонкие, более чувствительные и более гибкие, что делает возможным упаковывание большего количества в меньшее пространство с превосходными чувствительными способностями. Кроме того, они стабильны в жидкостях организма или воде – жизненно важная особенность для биомедицинских применений.

Ловли, который более 30 лет назад обнаружил электропроводящие микробы в грязи реки Потомак, заявляет: « В нашем предыдущем исследовании мы сосредоточились на настройке проводимости проводов путем модификации гена для белка, который собирает Geobacter. в провод. Теперь у нас есть набор инструментов из проводов с миллионным диапазоном проводимости. Это обеспечивает широкие возможности для разработки электронных устройств . »

Одним из наиболее многообещающих приложений для белковых нанопроводов являются биомедицинские датчики и датчики окружающей среды . Мы хотим спроектировать провод, который специально связывает интересующий нас биологический или химический продукт. Когда эта молекула связывается с проводом, это будет очевидно как изменение электрического сигнала .

Дерек Ловли, микробиолог, Массачусетский университет, Амхерст

« Следующая цель состояла в том, чтобы посмотреть, сможем ли мы изменить поверхностные свойства нанопроволоки, не нарушая их проводимость, что мы показали в этой последней проверочной работе », – подчеркивает Ловли. .

Последние исследования в его лаборатории показывают, что возможно включить пептиды длиной до девяти аминокислот в аминокислотный каркас нанопроволоки, и возможно «украшать» его еще большим количеством пептидов.

Ученые проверили два разных случая «украшения» пептидов – они называются так, потому что пептиды, выставленные вдоль внешней поверхности проводов, похожи на крошечные лампочки на последовательности рождественских огней, описывает Ловли.

Они впервые создали штамм G. серные редуценты которые создали синтетические нанопроволоки, украшенные шестистистиновым «His-tag», который особенно прикрепляет никель к поверхности проволоки. Затем они продемонстрировали вероятность создания проводов с двумя украшениями, His-меткой и «линкерным» девяти-пептидным «HA-меткой», выставленным на внешней поверхности.

Кроме того, они показали, что количество украшений на проводе можно регулировать путем включения генетической цепи для контроля экспрессии HA-метки. Авторы сообщают, что проводимость проводов не была уменьшена ни одной из меток.

Эти широкие возможности для преобразования нанопроволоки пептидами, а также их «зеленые», устойчивые свойства обладают потенциалом для дальнейших достижений, утверждают ученые.

Свойства нанопроволоки « теперь могут быть легко изменены, чтобы иметь новые функциональные возможности. Например, как мы покажем в статье, пептиды могут быть сконструированы так, чтобы специфически связывать химические вещества или биологические вещества, представляющие интерес, что будет полезно для разработки сенсоров на нанопроводах ».

Источник: https://www.umass.edu/