Команда профессора Чжана Фучжона из Вашингтонского университета в Сент-Луисе работала с паутиной и раньше. В 2018 году его лаборатория создала бактерии, которые производили рекомбинантный паучий шелк, который не уступал природным аналогам по всем важным механическим свойствам. Но потом они задумались, нельзя ли синтезировать что-то более прочное.
Интересно Ученые создали тончайший в мире двумерный магнит – где его применят
Сверхпрочная паутина
Для этого они модифицировали цепочки аминокислот в белке шелка, чтобы придать ему новых свойств, сохранив при этом некоторые полезные качества.
Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей – бета-нанокристаллы – трудно получить без значительной генной модификации.
Пауки придумали, как сплетать нити с нужным количеством нанокристаллов. Но когда люди запускают искусственное прядение, объем нанокристаллов в синтетическом волокне часто ниже, чем у природного аналога, – отметил Чжан.
Поэтому ученым пришлось модифицировать гены шелка, введя амилоидные цепочки с высокой склонностью к образованию бета-нанокристаллов. Они создали другие полимерные амилоидные белки из хорошо изученных амилоидных цепочек. Полученные белки имели меньше повторяющихся последовательностей аминокислот, чем у паутины, то есть бактериям было проще их создавать.
Результаты разработки
В результате получался гибридный амилоидный белок со 128 повторяющимися единицами. Это меньше, чем 192 в предыдущей разработке ученых, но наличие бета-нанокристаллов с лихвой компенсирует этот недостаток высокой прочностью.
Показатель предела прочности на разрыв составляет около 1 ГПа, а средняя ударная вязкость – 161 мегаджоуль на м3. В таком сочетании материал превосходит большинство искусственных волокон, а также природных, включая нити паука-кругопряда.