Червейната слуз може да промени бъдещето на биопластмасите

Изследователи от университета Макгил са открили уникални свойства на слузта от кадифени червеи, които биха могли да революционизират разработването на нови екологично чисти материали.

Еволюционната стабилност на естествения механизъм

Учени са изследвали естествена протеинова структура, която се е запазила в продължение на близо 400 милиона години еволюция. Тази структура се среща при видовете кадифени червеи от Австралия, Сингапур и Барбадос. Удивително свойство на слузта е способността ѝ да се трансформира от течност в здраво влакно. Още по-впечатляващото е, че този процес може да се повтори многократно.

Професорът по химия Матю Харингтън, който ръководи изследването, казва: „Природата вече е намерила начин да създава материали, които са едновременно здрави и рециклируеми.“ Той подчертава, че дешифрирането на молекулярната структура на слузта доближава учените до възпроизвеждането на тази ефективност. Този подход би могъл да промени материалите, които използваме всеки ден.

Функционални характеристики на слузта

Кадифените червеи представляват малки гъсеници, които живеят във влажните гори на Южното полукълбо. Те използват слузта си, за да ловят плячката си. Когато червей отдели слуз, тя бързо се втвърдява. Получените влакна имат здравина, подобна на тази на найлона.

Най-интересното свойство е способността на слузта да се разтваря във вода. След като се разтвори, може да се преобразува в нови влакна. Преди това проучване, молекулярният механизъм на такава обратимост оставаше неясен. Дълго време учените не можеха да обяснят точно как протича този процес.

Иновативни методи на изследване

Екипът на Харингтън използва протеиново секвениране, за да изучи структурата на слузта. Освен това бяха използвани методи за прогнозиране на структурата с помощта на изкуствен интелект. По-специално, използван е инструментът AlphaFold, който получи Нобелова награда за 2024 г. Технологията с изкуствен интелект помогна за постигането на пробив в разбирането на биоматериалите.

Благодарение на тези методи, учените идентифицираха неизвестни досега протеини в слузта на червеите. Тези протеини функционират подобно на клетъчните рецептори в имунната система. Изследователите смятат, че рецепторните протеини се свързват с големи структурни протеини по време на образуването на влакна. Това откритие е от голямо значение за биоинженерството.

Еволюционното значение на откритието

Сравнителен анализ на две подгрупи кадифени червеи разкри значението на идентифицираните протеини. Тези подгрупи са се разделили преди приблизително 380 милиона години. Въпреки дългия период на еволюция, протеиновата структура е запазила своите функционални свойства. Стабилността на този механизъм показва неговото фундаментално значение.

Традиционните пластмаси и синтетични влакна се произвеждат с помощта на петролни прекурсори. Производството и обработката им изискват енергоемки процеси. Често тези процеси включват термична или химическа обработка, която е вредна за околната среда. Естествените механизми предлагат по-екологични алтернативи.

Перспективи за създаване на нови материали

За разлика от традиционните материали, кадифеният червей използва прости механични сили. Създаването и разтягането позволяват създаване на здрави влакна от биоразградими суровини. Тези влакна могат по-късно да бъдат разтворени и използвани повторно без вредни странични продукти. Подобна цикличност е ключова за устойчивото развитие.

Харингтън коментира: „Очевидно е, че пластмасова бутилка, която се разтваря във вода, ще има ограничена употреба.“ Но това сочи към възможността за коригиране на химията на механизма на свързване. Това ще позволи да се избегне проблема с разтворимостта при определени условия. Това ще позволи създаването на материали с контролирана стабилност.

Проучването е проведено от учени от университета Макгил и технологичния университет Наньянг в Сингапур. Международното сътрудничество е повишило потенциала и мащаба на изследването. Следващата стъпка ще бъде експериментална проверка на свързващите взаимодействия.

Учените планират да проучат възможностите за адаптиране на откритите принципи за инженерни материали. Това ще помогне за разработването на нови биопластмаси от следващо поколение. Природата предлага решения за създаване на наистина устойчиви материали. Използването на тези принципи би могло значително да намали зависимостта на човечеството от нефтохимическата промишленост.