Могут ли дома будущего быть построены бактериями?
Представьте себе, что мы могли бы строить здание аналогично тому, как коралловые полипы выращивают рифы. Что живые клетки в нашей одежде могли бы ликвидировать запах пота. Представьте себе колонии бактерий на космических станциях, производящих нить для 3-D принтеров. Представьте, что материалы, которые мы используем каждый день, могут восстановить себя.
Это звучит как научная фантастика, но Нил Джоши, доцент химии и химической биологии, считает, что это возможно. И Национальный научный фонд согласен.
«Разработанные живые материалы — вещества, изготовленные из перепрограммированных клеток, — способны улучшить и заменить пластмассы, бетон и другие материалы, в настоящее время изготавливаемые с использованием более стандартных методов производства», говорит Джоши. «Углеродный след, оставляемый при производстве материалов, огромен. Шанс уменьшить его, приняв на заметку модель того, как живые организмы создают объекты, очень важен».
Эта идея, представленная Джоши и его командой, была награждена главным призом на конкурсе «2026 Idea Machine competition» Национального научного фонда. Этот фонд ставит перед собой цель: помочь сформировать программу научных исследований США на долгие годы вперед. Предложение команды стало одним из четырех лауреатов Гран-при, отобранных из почти 800 работ.
По словам Джоши, идея использования бактерий для создания вещей не такая безумная, как может показаться на первый взгляд. Биотехнологическая промышленность уже использует микробов для создания ароматов, витаминов, фармацевтических препаратов и других полезных молекул. Уже существует несколько более масштабных материалов, которые создаются живыми клетками.
«Некоторые из утилизируемых пластмасс, которые можно встретить, например, в кафетерии, изготовлены из полимеров, которые создавали микробы», — говорит Джоши. «Это шаг в правильном направлении. Но примеров таких материалов очень мало, и они еще не охватывают широкий спектр наших потребностей. Наше видение живых материалов состоит в том, чтобы выйти за рамки существующих достижений и запрограммировать клетки для непосредственного производства функциональных материалов и товаров, обходя традиционные методы производства».
Заставить живые клетки строить определенный материал, в отличие от отдельных молекул, сложнее, но это регулярно происходит в природе. Некоторые колонии микроорганизмов создают пятнистые, похожие на клей, слои, называемые биопленками, чтобы защитить себя от налета на зубах или слизи на речной породе — эти механизмы можно приспособить для создания таких вещей, как водонепроницаемые покрытия или пластмассовые материалы.
В настоящее время мы производим около 300 миллионов тонн пластика в год, и большая его часть не перерабатывается. Пластмассы на самом деле не разлагаются в окружающей среде, и исследователи ищут пути решения растущей проблемы пластмассовых отходов. По словам Джоши, материалы, изготовленные из клеток, с гораздо большей вероятностью поддаются биологическому разложению.
«Природа очень хорошо умеет преобразовывать материалы, отслужившие свое в одной форме, в другую, и повторно использовать то же сырье для создания чего-то иного», — говорит Джоши. «Все, что создано живыми организмами, скорее всего, будет более разлагаемым, чем пластик».
Джоши и его коллеги уже работают над несколькими новыми материалами в своей лаборатории, в том числе над веществами, которые заменят пластмассу.
«Изучение природы было одной из составляющих этого исследования», — говорит Авинаш Манджула Басаванна, аспирант, сосредоточившийся на создании биопластиков. «Но это следующий шаг после типичной биомимикрии».
Группа также занимается программированием биопленки, создаваемой бактериями кишечной палочки, надеясь наделить ее различными свойствами. Бактерии могут быть использованы для создания защитного слоя в кишечнике человека с болезнью Крона или колитом, помогая заживлению повреждений и воспаленных областей.
В ближайшие 10 лет мы еще не раз заведем разговор об использовании микробов для производства материалов в различных областях. Это только начало.
Интересно, когда дома, построенные бактериями, войдут в моду, доменная зона .build переживет подъем?