В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе.
Структура, состав и виды паутины
Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна.
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
«Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. Российские ученые создали материал, который помогает предотвращать бактериальные инфекции после операции. Они объединили паутину и наноматериал — углеродные точки.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Как пауки делают паутину и как ее используют люди? Наталья Носова
Паутинку учёные добыли при помощи паука рода Araneus, наматывая её на медную скрепку. Аранеусы — близкие родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой вид аранеусов использовался, не уточняется, но поскольку поймали его физики прямо во дворе своего института в Галле, в центре Европы, вряд ли это был экзотический экземпляр. Полученные от паука нити экспериментаторы поместили в вакуумную камеру. Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды.
После нескольких сот таких циклов каждый продолжительностью 1—2 минуты на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида — цинка, алюминия или титана соответственно. И механические показатели резко увеличивались. Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины.
Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества. Образующееся белковое вещество жидкое, но, едва выйдя на воздух, сразу же застывает, превращаясь в тончайшую нить. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. Когда паук тянет спидроин из своих желез, он быстро твердеет и становится нитью паутины. Паук использует свои ножки и усики, чтобы распределять и соединять эти нити в сложные капканы или спирали.
Внутри такой «бочки» могут находиться небольшие органические молекулы и ионы. По словам ученых, такая структура позволяет формировать из гидрогеля длинные и очень тонкие — до микрона в диаметре — нити.
Через примерно полминуты вода испаряется, оставляя крепкое эластичное волокно.
Начать хотя бы с того, что они приспособились к самым разным условиям обитания — живут на Земле буквально повсюду, от заполярных островов до тропических лесов, и даже на высочайших горных вершинах. Поражают они и своим многообразием: ученым известно свыше тридцати тысяч различных пауков. Ну и, конечно, не может не удивлять поразительное искусство, с каким они плетут свои сети — паутины.
Сам материал, из которого эти ажурные конструкции сделаны, тоже удивителен. Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества.
Материал прочнее паутины
Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. © Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара.
Структура, состав и виды паутины
Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. Известно, что паутина прочнее и легче, чем сталь, однако ученые из Института Микроструктурной Физики Макса Планка в Германии еще больше усилили ее. О том, из чего состоит (сделана) паутина, а также какова толщина, прочность и состав нити. По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых (например, гусениц тутового шелкопряда). В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
К такому выводу в результате исследований пришли ученые из университета ИТМО вместе с иностранными коллегами. По их словам, на основе паутины можно разрабатывать ранозаживляющие повязки и пластыри, написал Piter. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Главными качествами паутины являются эластичность и прочность, которым в природе нет аналогов.
Пролин играет роль своеобразных пружин при попытке порвать паутину. Паутина уже давно привлекает ученых. Ранее с помощью методов генной инженерии были выведены козы, в геном которых встроен ген белка паутины. Молоко этих коз может быть использовано в качестве сырья для получения биостали, для создания сверхлегких бронежилетов, соединительных волокон для хирургии, искусственных сухожилий и микрочипов.
Поделиться Репостнуть Твитнуть В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса — и углеродных точек — наполнителя.
Отследить очаг заражения очень сложно, так как он скрыт под кожей. Образцы паутинного шелка без наноточек слева и с ними справа.
Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов. Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров каждая группа самостоятельно ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе. Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины. Летом 1999 г. Эта порода хороша тем, что потомство становится взрослым уже в трехмесячном возрасте.
Фирма пока хранит молчание, как делать нити из молока, но уже зарегистрировала название созданного ею нового материала — «BioSteel» «биосталь». Статья о свойствах «биостали» опубликована в журнале «Science» «Наука», 2002, т. Другим путем пошли немецкие специалисты из Гатерслебена: они ввели гены, подобные паучьим, в растения — картофель и табак. Предполагается, что, когда количества производимого спидроина станут значительными, из него в первую очередь будут делать медицинские бинты. Молоко, полученное от генетически измененных коз, вряд ли можно отличить по вкусу от натурального. Генетически модифицированный картофель похож на обычный: его в принципе тоже можно варить и жарить. Материал подготовил Э.