Ученые сделали прорыв в биоинженерии, научившись массово производить ксантоматин – пигмент, который дает осьминогам и кальмарам их удивительную способность менять цвет. Это вещество, которое раньше было почти невозможно получить в лаборатории, вскоре может стать основой для «умных» материалов, от красок до солнцезащитных кремов. Новый метод в 1000 раз эффективнее любых предыдущих.
Секретный пигмент осьминогов и каракатиц
Головоногие моллюски, такие как осьминоги, кальмары и каракатицы, обладают уникальной способностью к мгновенной мимикрии. Они могут сливаться с окружающей средой, имитируя не только текстуру, но и цвет. Ключевую роль в этом процессе играет ксантоматин – биопигмент, являющийся антиоксидантом и происходящий от аминокислоты триптофана.
Это вещество содержится в специальных клетках кожи, которые называются хроматофорами. Именно они позволяют животным мастерски адаптировать свою окраску к любому фону, что является жизненно важным механизмом защиты от хищников.
Бактериальная хитрость для синтеза пигмента
Несмотря на значительный интерес ученых к свойствам ксантоматина, его добыча из живых существ является неэффективной, а предыдущие лабораторные методы синтеза были слишком сложными и малопродуктивными. Человечество давно хотело «присвоить» эту суперспособность, но не могло ее масштабировать.
Однако команда исследователей из Океанографического института Скриппса (Scripps Oceanography) при Калифорнийском университете в Сан-Диего и Центра биоустойчивости Фонда Ново Нордиск нашла революционное решение. Как подробно описано в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, ученые прибегли к генной инженерии.
Они модифицировали бактерии Pseudomonas putida, создав для них условия выживания: бактерии могли расти, только производя ксантоматин. Микробы стали зависимыми от формиата – побочного продукта, выделяющегося именно во время синтеза целевого пигмента. По сути, чтобы выжить, бактерии были вынуждены непрерывно производить нужное ученым вещество.
1000-кратный рост и будущие технологии
Результаты превзошли все ожидания. Новый бактериальный метод обеспечил 1000-кратное увеличение производства ксантоматина по сравнению с любыми другими лабораторными подходами.
Лия Бушин (Leah Bushin) из Стэнфордского университета, возглавлявшая исследование, отметила в исследовании: «Несмотря на эту перспективу, ксантоматин еще не производился биосинтетически в клеточной фабрике».
Для оптимизации процесса команда использовала робототехнику, разработанную коллегой Адамом Фейстом (Adam Feist) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Теперь, когда ксантоматин стал доступен для массового производства, ученые активно разрабатывают прототипы его применения:
- "Живые" биоматериалы, содержащие клетки и реагирующие на внешние раздражители.
- Краски, способные менять цвет в зависимости от освещения.
- Косметические средства, в частности минеральные солнцезащитные кремы для усиленной защиты от ультрафиолета.
- Носимые гаджеты, например, «умные» датчики, сигнализирующие о чрезмерном пребывании на солнце.
Это открытие не только раскрывает тайны природы на молекулярном уровне, но и дает человечеству реальный инструмент для создания новых, экологически безопасных технологий. Благодаря биоинженерии «суперспособности» осьминога вскоре могут стать частью нашей повседневной жизни.
