_ Oamenii de știință chinezi dezvăluie mecanismul de rotire a viermilor de mătase

Mătasea de dud este o fibră proteică naturală de natură ușoară, moale și fină, cunoscută drept „a doua piele a corpului uman” și „Regina fibrelor”. China este originea industriei sericulturii din lume.

Cea mai timpurie utilizare a mătăsii poate fi urmărită până la ruinele Jiahu, acum aproximativ 8.500 de ani. Drumul Mătăsii, celebru în întreaga lume, a deschis primele schimburi pe scară largă și integrarea civilizațiilor orientale și occidentale în istoria omenirii. China este cel mai mare producător de mătase din lume, atât în ​​ceea ce privește scara cât și producția sunt printre cei mai importanți din lume.

Mătasea este o fibră proteică cu proprietăți mecanice excelente, produsă de viermele de mătase, cu proteina de mătase solubilă în apă ca materie primă. material la temperatura camerei și la presiune normală. Mătasea este nucleul cercetării științifice despre sericultură.

De mai bine de un secol, cercetătorii s-au dedicat rezolvării mecanismului de filare al animalelor care secretă mătase, cum ar fi viermii de mătase și păianjenul, sperând să creeze fibre artificiale cu proprietăți comparabile sau chiar superioare mătăsii naturale prin sinteza bionică pentru textile, biomedicină, militar și alte domenii.

În prezent, oamenii de știință au propus două modele, modele de filare „cristal lichid” și „micelle”. Primul sugerează că dopa de filare este un cristal lichid compus din structuri asemănătoare tijelor formate din agregate de proteină fibroină globulară, în timp ce cea din urmă sugerează că dopa de filare este o micelă formată din agregate de proteină fibroină amfifilă.

Din cauza lipsei structurii fine a fibroinei de mătase naturală (NSF) în lumenul glandei de mătase al viermilor de mătase, modelele sunt încă foarte controversate. Modul în care viermii de mătase rotesc mătasea cu proprietăți excelente, adică mecanismul de filare al viermilor de mătase, a devenit una dintre cele mai presante probleme științifice în știința sericulturii de mai bine de 100 de ani.

„În lumenul glandei de mătase al viermi de mătase, NSF rămâne de obicei stabil la concentrații de 15%–30% (g/v) fără agregare și precipitații”, a explicat prof. Huawei He, în centrul științific integrativ al creării germoplasmei din vestul Chinei (Chongqing) oraș știință/știință biologică. Centrul de cercetare (SWU), care a condus cercetarea.

„Cu toate acestea, odată purificat, NSF se agregează rapid și formează precipitate. Prin urmare, majoritatea studiilor au folosit fibroină de mătase regenerată (RSF) mai degrabă decât NSF. Cum se păstrează NSF stabil in vitro, este principala provocare în descifrarea mecanismului de filare al viermilor de mătase.”

În studiul recent publicat în Science Bulletin, ei au descoperit că numai amfipolul și digitonina pot menține NSF stabil in vitro pentru o perioadă de timp. pe termen lung după 4 ani de disecție a mai mult de 20.000 de larve de viermi de mătase și screeningul a peste 1.000 de compuși și 5.000 de combinații de compuși. Apoi, echipa a investigat sistematic morfologia, structura și asamblarea NSF în lumenul glandei de mătase al viermelui de mătase.

În special, au descoperit că ionii metalici au indus reversibil NSF să formeze nanofibrile flexibile cu un coeficient de sedimentare de 5,8. S și ​​un diametru de aproximativ 4 nm, în locul micelilor sau agregatelor propuse în modelele anterioare de filare. Nanofibrilele NSF sunt compuse în principal din bobine aleatorii.

Scăderea succesivă a pH-ului de la glanda de mătase posterioară (PSG) la glanda de mătase anterioară (ASG) a dus la o creștere treptată a hidrofobicității NSF, inducând astfel separarea moleculele de apă din NSF și tranziția de sol-gelificare a nanofibrilelor NSF, care a crescut concentrația de droguri de filare NSF, promovând astfel formarea fibrelor de mătase. Inspirați de descoperirea grafenului, au stabilit testul de umbrare a metalelor pentru a determina orientarea moleculară a nanofibrilelor NSF in situ.

Studiul lor a arătat că nanofibrilele NSF au fost dispersate aleatoriu ca nanofibrile izotrope în lumenul de la PSG la ASG-1 și s-au auto-asamblat în modele de schelet de hering foarte ordonate la ASG-2 lângă filă, care sunt împachetate în continuare. împreună pentru a forma substanța de filare anizotropă cu birefringență evidentă pregătită pentru filarea viermilor de mătase.

„Descoperirile noastre au descoperit două evenimente marcante în glanda de mătase în timpul filării viermilor de mătase, și anume, formarea nanofibrilelor NSF și auto-asamblarea Nanofibrile NSF în arhitecturi cu model în schemă de hering foarte ordonate, programate prin gradient de pH și ioni metalici”, a spus prof. He.

„Buna pre-aliniere moleculară a NSF-urilor contribuie în mod semnificativ la duritatea fibrei de mătase. Spre deosebire de aliniere. formată prin întinderea post-filare în filarea artificială, această aliniere moleculară pre-formată foarte ordonată poate explica foarte bine duritatea mai mare a mătăsii naturale în comparație cu cea a mătăsii artificiale.

„O structură organizată în schelet poate suporta în mod eficient un nivel ridicat. alungirea fără a sacrifica rezistența, ceea ce implică faptul că modelele de heringbone auto-asamblate de nanofibrilele NSF pot fi cruciale pentru duritatea fibrei de mătase. Pre-alinierea nanofibrilelor NSF în filarea viermilor de mătase reprezintă o strategie nouă pentru fabricarea de superfibre cu rezistență, tenacitate și rigiditate mai mari.”

(Fluierul)