Новости

Исследователи из Имперского колледжа Лондона генетически сконструировали бактерии для выращивания кожи, которая сама себя окрашивает.    В последние годы ученые и компании начали использовать микроорганизмы для выращивания экологически чистого текстиля или производства красителей для промышленности, но это первый случай, когда бактерии были сконструированы таким образом, чтобы одновременно производить материал и собственный пигмент.    Синтетическое химическое окрашивание - один из самых экологически токсичных процессов в моде, а черные красители - прежде всего те, что используются для окрашивания кожи, особенно вредны. Исследователи решили использовать биологию для решения этой проблемы. По словам авторов, их самоокрашивающаяся кожа, из которой были изготовлены прототипы обуви и кошельков, представляет собой шаг вперед в поисках более экологичной моды.  Новый технологический процесс, опубликованный в журнале Nature Biotechnology, теоретически может быть адаптирован для выращивания бактериями материалов с различными яркими цветами и узорами, а также для создания более экологичных альтернатив другим видам текстиля, таким как хлопок и кашемир. Ведущий автор работы Том Эллис из отделения биоинженерии Имперского колледжа Лондона рассказал: "Изобретение нового, более быстрого способа производства экологически чистой, самоокрашивающейся кожи - большое достижение для синтетической биологии и экологичной моды.    Бактериальная целлюлоза по своей природе является веганской, и для ее выращивания требуется лишь малая доля выбросов углекислого газа, воды, землепользования и времени, затрачиваемых на выращивание коров для производства кожи. В отличие от пластиковых альтернатив кожи, бактериальная целлюлоза также может быть изготовлена без использования нефтехимикатов и будет безопасно и нетоксично разлагаться в окружающей среде.    Исследователи создали альтернативу самоокрашивающейся коже, изменив гены одного из видов бактерий, производящих листы микробной целлюлозы - прочного, гибкого и податливого материала, который уже широко используется в пищевой, косметической и текстильной промышленности. Генетические изменения "проинструктировали" те же микробы, которые выращивали материал, также производить черный пигмент - эумеланин.    Вместе с дизайнерами они создали верхнюю часть обуви (без подошвы), вырастив лист бактериальной целлюлозы в специально изготовленном сосуде в форме обуви. После 14 дней роста, в течение которых целлюлоза приобрела правильную форму, они подвергли обувь двухдневному осторожному встряхиванию при температуре 30°C, чтобы активизировать выработку черного пигмента бактериями, который окрашивал материал изнутри. Они также изготовили черный бумажник, вырастив два отдельных листа целлюлозы, вырезав их по размеру и сшив вместе.    Помимо прототипов, исследователи продемонстрировали, что бактерии могут быть сконструированы с использованием генов других микроорганизмов для производства цветов под воздействием синего света. Если спроецировать, с помощью синего света, на листы рисунок или логотип, бактерии начинают вырабатывать цветные белки, которые затем светятся. Это позволяет проецировать узоры и логотипы на культуры бактерий по мере роста материала, в результате чего узоры и логотипы формируются изнутри материала.    "Наш метод позволяет создавать реальные продукты в достаточно больших масштабах, как показали наши прототипы. Теперь мы можем продумать эстетику, а также альтернативные формы, узоры, текстиль и цвета. Эта работа также показывает, какой эффект может быть достигнут при совместной работе ученых и дизайнеров. Дизайнеры, как настоящие и будущие создатели нового текстиля, выращенного бактериями, играют ключевую роль в продвижении новых интересных материалов и предоставлении экспертной оценки для улучшения формы, функциональности и перехода к экологичной моде", - отметил Эллис.    Сейчас исследовательская группа экспериментирует с различными красящими пигментами, которые также могут быть произведены микробами, выращивающими материал. Микробы уже непосредственно решают многие проблемы замены производства кожи на основе животных и пластика, и мы планируем подготовить их к использованию новых цветов, материалов и, возможно, узоров. Мы с нетерпением ждем возможности сотрудничать с индустрией моды, чтобы сделать одежду, которую мы носим, более экологичной на протяжении всего производственного цикла", - сообщил Эллис.    Авторы тесно сотрудничали с лондонской компанией Modern Synthesis, специализирующейся на биодизайне и производстве материалов из инновационной микробной целлюлозы.Фото: modernsynthesis.com

Некоторые микроорганизмы в человеческом микробиоме обладают ферментами, способными метаболизировать потенциально опасный липид.    Ученые обнаружили в кишечнике человека бактерии, которые обладают полезной особенностью: ферментом, способным преобразовывать холестерин, закупоривающий артерии, в более безвредную форму, которая не усваивается организмом. Эта находка указывает на возможность лечения повышенного уровня холестерина. Хотя недавно описанные виды бактерий могут метаболизировать холестерин в лабораторных условиях, их способность вызывать изменения в уровне холестерина в крови хозяев еще предстоит подтвердить на животных моделях или в клинических испытаниях.    "Это очень интересно для дальнейшего изучения", - комментирует биоинформатик Даоминг Ванг из Гронингенского университета (Нидерланды), который не принимал участия в исследовании. Ванг добавляет, что методы, использованные в исследовании, опубликованном 2 апреля в журнале Cell, решают сложные проблемы, связанные с изучением микробиома человека. Исследование "действительно выдающееся", - соглашается биоинформатик Александр Курильщиков из Гронингенского университета, который также не принимал участия в работе.    Установлено, что микробиом кишечника человека влияет на уровень холестерина, и предыдущие исследования указывали на ферменты микроорганизмов, которые могут быть в этом задействованы. В исследовании 2020 года был обнаружен бактериальный фермент под названием ismA, который может превращать холестерин в копростанол - липид, который выводится из организма, а не всасывается. У людей, чьи кишечные бактерии вырабатывали этот фермент, уровень холестерина в крови был ниже, чем у тех, у кого его не было. Это исследование было опубликовано той же исследовательской группой под руководством гастроэнтеролога и микробиолога Рамника Ксавьера из Массачусетского госпиталя общего профиля, который является автором нового открытия. До сих пор было неясно, какие бактерии производят ферменты, метаболизирующие холестерин.    В рамках данного исследования ученые проанализировали геномы микроорганизмов в образцах кала 1429 участников долгосрочного исследования факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. Группа обнаружила множество видов кишечных бактерий, в том числе из рода Oscillibacter, которые коррелировали со снижением уровня холестерина. Исследователи подтвердили свои результаты на участниках двух независимых исследований.    Далее исследователи проверили два вида Oscillibacter и еще один вид бактерий на наличие генов, схожих с теми, которые, как известно, влияют на метаболизм холестерина. Для этого ученые использовали алгоритм глубинного обучения, который они назвали "моделью белкового языка". Модель оценивает не только особенности самого гена, но и предсказывает, как белок, кодируемый этим геном, будет складываться в трехмерную структуру. Дополнительная информация делает алгоритм более чувствительным, чем те, которые опираются только на информацию о гене. Они обнаружили, что у трех видов есть гены, кодирующие белки, структурно схожие с ismA и другими ферментами, участвующими в метаболизме холестерина.    По словам Ванга, эта методика является "инновационной и значимой", поскольку она позволяет добраться до "темной материи" микробиома: большого количества бактериальных генов, которые недостаточно похожи на известные гены, чтобы дать представление об их функциях. Авторы также показали в лабораторных экспериментах, что эти три вида могут метаболизировать холестерин. На основании полученных данных Ксавье предполагает, что предстоит открыть гораздо больше видов Oscillibacter, чем 25, выявленных в ходе исследования. Если бы эти виды бактерий или ферменты можно было доставлять в нужное место в кишечнике, можно было бы уменьшить необходимую дозу лекарств, таких как статины, чтобы снизить или контролировать уровень холестерина.    Однако на пути разработки такого лечения стоят препятствия. По словам Ксавье, доставка полезных бактерий хорошо зарекомендовала себя при лечении инфекций, вызванных распространенным патогеном Clostridium difficile, но токсин C. difficile уничтожает множество бактерий, освобождая место для полезных бактерий. По его словам, у людей, проходящих лечение от повышенного уровня холестерина, сохранится привычное сообщество микробиома кишечника, которое может вытеснить полезные бактерии. "До клиники еще далеко, - говорит Ксавье. Но "возможно, у пациентов, входящих в группу риска, мы сможем снизить этот риск на гораздо более ранней стадии", - считает он.