Bio - Nouveaux Matériaux: Une Nouvelle Technologie Pour Produire De La Soie D'Araignée Synthétique À L'Aide De Protéines De Pied De Moule

Une équipe d'ingénieurs a découvert une technologie qui utilise la protéine de pied de moule pour produire de la soie d'araignée synthétique avec des rendements élevés tout en conservant sa force et sa ténacité.Les propriétés extraordinaires de la soie d'araignée ont longtemps fasciné les scientifiques, car elle a plus de force que l'acier, mais reste légère et flexible.Fuzhong Zhang, professeur de Génie énergétique, environnemental et chimique à la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis, a fait des progrès significatifs dans la création de soie d'araignée synthétique, ouvrant la porte à une nouvelle ère de production de vêtements durables.

Depuis qu'il a conçu la soie d'araignée recombinante à l'aide de bactéries en 2018, Zhang s'est concentré sur l'amélioration de la production de fils de soie provenant de micro - organismes tout en conservant leurs propriétés souhaitables, telles que la résistance et la durabilité accrues.

Des rendements plus élevés seront essentiels si la soie synthétique doit être utilisée dans des applications quotidiennes, en particulier dans le monde de la mode, où les matériaux renouvelables sont en forte demande, afin d’enrayer l’impact environnemental lié à la production d’environ 100 milliards de vêtements et 92 millions de tonnes de déchets par an.

Avec l'aide d'une protéine de pied de moule modifiée, Zhang a créé une nouvelle protéine de fusion de soie d'araignée appelée Filament de fusion MFP bi - terminal (btmsilks).La production microbienne de btmsilks est huit fois supérieure à celle de la protéine filamenteuse, et la force et la ténacité de la fibre btmsilks sont considérablement améliorées, tout en étant légère.Cela pourrait révolutionner la fabrication de vêtements, offrant une alternative plus écologique aux textiles traditionnels.Ces résultats ont récemment été publiés dans la revue Nature Communications.

Les excellentes propriétés mécaniques de la soie d'araignée naturelle proviennent de sa très grande séquence protéique répétitive.Cependant, il est extrêmement difficile de demander aux bactéries à croissance rapide de produire de grandes quantités de protéines répétitives.

"Pour résoudre ce problème, nous avons besoin d'une stratégie différente", a déclaré Zhang.« Nous sommes allés à la recherche de protéines désordonnées qui pourraient être fusionnées génétiquement à des fragments de soie pour faciliter les interactions intermoléculaires afin de créer des fibres puissantes sans utiliser de grandes protéines répétitives, et nous les avons trouvées ici dans le travail que nous avons déjà fait sur les protéines de pied de moule. »

Les moules sécrètent ces protéines spécialisées sur leurs pieds pour coller les choses.Zhang et ses collaborateurs ont conçu des bactéries pour les produire et les utiliser comme adhésifs pour des applications biomédicales.Il s'avère que les protéines du pied des moules sont également cohésives, ce qui leur permet également de bien adhérer les unes aux autres.En plaçant des fragments de protéines de pied de moule à la fin de leur séquence de protéines de soie synthétique, les chercheurs ont créé un matériau léger moins répétitif qui est au moins deux fois plus fort que la soie d'araignée recombinante.

La production de nouveaux matériaux a été multipliée par huit par rapport aux études précédentes, passant de 1 litre de culture bactérienne à 8 grammes de matériau fibreux.Ce rendement constitue un tissu suffisant pour être testé en vue d'une utilisation dans un produit réel.

« la fascination de la biologie synthétique est qu’il y a beaucoup d’espace que nous pouvons explorer pour couper et coller des séquences à partir d’une variété de protéines naturelles pour tester de nouvelles propriétés et fonctions de ces conceptions en laboratoire », a déclaré Zhang. « Cela rend les matériaux biologiques synthétiques plus diversifiés que les matériaux traditionnels à base de pétrole. »Étant donné que notre fil synthétique est fabriqué à partir de matières premières bon marché provenant de bactéries techniques, il offre une alternative renouvelable et biodégradable aux matériaux fibreux d'origine pétrolière tels que le nylon et le polyester.« le

Dans les travaux suivants, Zhang et son équipe élargiront les propriétés régulatrices de leurs fibres de soie synthétique pour répondre aux besoins précis de chaque marché spécialisé.