Живые чернила, полностью состоящие из бактериальных клеток, могут быть напечатаны на 3D-принтере для создания структур, выделяющих противораковые препараты или удаляющих токсины из окружающей среды. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Microbial Ink – это первый гель для печати, изготовленный полностью из белков, производимых клетками кишечной палочки, без добавления других полимеров.
“Это первые в своем роде… живые чернила, которые могут реагировать на окружающую среду. Мы перепрофилировали матрицу, которую эти бактерии обычно используют в качестве защитного материала, для создания биочернил”, — рассказывает Авинаш Манджула-Басаванна из Массачусетского технологического института в Бостоне.
Внедрив в гель другой вид генетически модифицированной кишечной палочки, Манджула-Басаванна и его коллеги создали живые структуры, которые либо выделяли противораковый препарат азурин, либо задерживали токсин бисфенол А (BPA) из окружающей среды. BPA обычно используется для производства пластмасс и связан с бесплодием и раком.
Исследователи изготовили чернила из белковых полимерных молекул, называемых нановолокнами. Сначала они генетически сконструировали клетки E. coli для производства субъединиц нановолокна curli, к которым был прикреплен один из двух противоположно заряженных модулей, известных как “ручка” или “отверстие”. Выращивая смесь двух типов клеток, они получили волокна curli, которые были сшиты друг с другом, когда ручки одного волокна были заперты в противоположно заряженные отверстия другого волокна.
Затем группа отфильтровала бактерии через нейлоновую мембрану, чтобы сконцентрировать сшитые волокна, после чего удалила клетки из смеси. В результате получился гель с подходящей для печати вязкостью и эластичностью.
Гель можно пропускать через сопло для получения нитей шириной около половины миллиметра. Несмотря на небольшую ширину волокон, они были достаточно прочными, чтобы держаться вместе, не ломаясь, когда их растягивали между двумя стойками, расположенными на расстоянии 16 миллиметров друг от друга.
Генетически модифицировав дополнительные клетки E. coli для производства азурина в присутствии химического вещества IPTG, а затем поместив эти клетки в гель, исследователи обнаружили, что они могут превратить гель в живую структуру, которая выделяет азурин по требованию.
Ученые продолжили свои эксперименты, создав другую популяцию E. coli для производства субъединиц curli, которые могли связываться с BPA. Затем эти клетки были включены в гель, что позволило ему захватить почти 30 процентов токсина из окружающей жидкости в течение 24 часов.
Время жизни геля еще предстоит проверить, но, по словам Манджулы-Басаванны, в лаборатории есть живые структуры, которые остаются стабильными более двух лет.
