Ученые оживляют материалы: как табак стал новым звеном эволюции

Учёные разработали новый материал, который может расти, самовосстанавливаться и реагировать на окружающую среду. Новое исследование посвящено созданию «сконструированных живых материалов», основанных на растительных клетках.

Такие материалы печатаются на 3D-принтере с использованием биочернил, содержащих генномодифицированные клетки табака, что позволяет получать материалы с программируемыми свойствами.

Прежде ученые уже работали с бактериальными и грибковыми клетками, но растительные клетки обладают уникальными особенностями, что стимулирует их использование для создания инженерных живых растительных материалов (Engineered Plant Living Materials, EPLM).

Ученые смешали клетки табака с микрочастицами желатина и гидрогеля, которые содержали Agrobacterium tumefaciens – бактерию, обычно используемую для переноса сегментов ДНК в геномы растений. Полученную смесь биочернил затем использовали для печати на 3D-принтере различные EPLM сложной формы, включая решетки, снежинки, листья и спирали.

Перенесенная ДНК позволила клеткам растения табака производить зеленые флуоресцентные белки или беталаины — красные или желтые растительные пигменты, которые ценятся как натуральные красители и пищевые добавки.

После печати гидрогель твердел под воздействием синего света, а затем в течение последующих 48 часов бактерии в EPLM перенесли ДНК в растущие клетки табака. Потом после уничтожения бактерий антибиотиками, клетки табака начинали производить белки, заданные внедренной ДНК.

В качестве демонстрации ученые напечатали EPLM в форме листа с помощью двух разных биочернил — одного, который создавал красный пигмент вдоль жилок, а другого — желтого пигмента в остальной части листа. Эксперимент показал, что новая техника может создавать сложные, пространственно контролируемые и многофункциональные структуры.

По мнению исследователей, такие EPLM, которые сочетают в себе черты живых организмов со стабильностью и долговечностью неживых веществ, могут найти применение в качестве клеточных фабрик по производству растительных метаболитов или фармацевтических белков или даже в устойчивом строительстве.

Напомним, что в рамках другого исследования в области биомедицинской инженерии учёные из Висконсинского университета в Мэдисоне (UW-Madison) использовали технологию 3D-печати для создания ткани мозга. Разработка открывает новые перспективы для изучения мозга, испытания лекарственных средств и наблюдения за его развитием. Используемый метод позволяет искусственно напечатанным клеткам развиваться в функциональные нейроны, которые могут общаются друг с другом, прямо как настоящие нейроны в мозгу человека.