Они узнали, как сверхсильные и сверхдлинные белковые нити, выделяемые угрюмыми животными, организованы на клеточном уровне. Их исследование было опубликовано сегодня в научном журнале Nature Communications.
По словам ведущего автора, проф. Дуглас Фадж из отдела интегративной биологии Гвельфа.
Помимо удовлетворения научного любопытства, это открытие также дает ценную информацию о поисках синтетических версий нитей миксины для коммерческого использования.
«Мы занимаемся биомимикрией, имитируем и вдохновляемся природой, чтобы помочь решить сложные человеческие проблемы», – сказал Фадж.
"Мы знаем, что слизь миксины обладает невероятными, интересными свойствами – мы просто не знаем, как это достигается.
Мы знаем, что это сложный процесс, и конечным продуктом является суперволокно, почти такое же прочное, как паучий шелк. Нам нужно выяснить, как клетки производят такие особенные волокна."
Хагфисы – это древняя группа обитающих на дне существ, которые оставались относительно неизменными более 300 миллионов лет. Когда им угрожают, они выделяют студенистую слизь, содержащую слизь и десятки тысяч белковых нитей, свернутых, как мотки пряжи.
Нити невероятно прочные и очень длинные, они быстро разматываются, не запутываясь. "Это довольно удивительно, учитывая, что одна из этих нитей эквивалентна веревке диаметром в один сантиметр и шириной в один сантиметр.5 километров в длину, – сказал Фадж.
"Как скрутить веревку такой длины, чтобы она не запуталась при распутывании??"
Белковые нити могут быть спрядены и сплетены в новые биоматериалы, которые могут стать устойчивой альтернативой синтетическим волокнам, таким как нейлон, которые производятся из нефтяного сырья.
По словам Фаджа, при достаточном растяжении белковые молекулы складываются по-разному, становясь сильнее и жестче и больше похожи на шелк драглайнов паука и высокоэффективную синтетику, такую как кевлар.
Это предполагает больше приложений, в том числе все, от пуленепробиваемых жилетов до веревок или искусственных сухожилий.
Ученые надеются повторить процесс изготовления нитей, но пока синтетические версии оказались хуже натуральных нитей слизи.
«Если у нас есть шанс создать эти вещи искусственно, мы должны знать, как микробы производят эти нити внутри своих клеток», – сказал Фадж.
"Мы решили сначала выяснить, как организован поток, потому что он может дать нам ключ к пониманию того, как клетки делают его."
Исследователи Фаджа и Гвельфа Тимоти Винегард, Джулия Херр и Марк Бернардс объединились со специалистами по нейровизуализации из университетов Калифорнии и Мичигана.
Они исследовали структуру наматывания слизистой нити в развивающихся клетках с помощью световой и электронной микроскопии, а также трехмерной визуализации и моделирования.
«Впервые у нас появилась технология для изучения морфологии и структуры нитей в клетках», – сказал Фадж.
Они обнаружили, что белковые нити длиной 15 сантиметров расположены в «мотках» из 15-20 конических слоев петель.
Изменения в морфологии, размере и положении ядер объясняют, как нити свертываются в клетках, а нити меняются по длине и ширине по мере созревания клеток. Следующий шаг – раскрыть биохимический и биофизический механизм этих изменений. «Это исследование предоставило информацию о том, как нить скручивается и заполняет клетки по мере роста», – сказал Фадж.
"И эти результаты привели нас к очень убедительным подсказкам о том, как на самом деле сделаны нити, и выяснить это – конечная цель."