Учёные раскрыли молекулярный секрет прочности паучьего шёлка

Исследователи выяснили, какие молекулярные взаимодействия придают паучьему шёлку уникальное сочетание прочности и гибкости. Это открытие может помочь в создании новых биовдохновлённых материалов для авиации, защитной экипировки и медицины, а также пролить свет на природу нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences учёными из Королевского колледжа Лондона и Университета штата Калифорния в Сан-Диего, впервые объясняет, как аминокислоты в белках шёлка взаимодействуют как молекулярные «липучки», скрепляя материал при его формировании.

Паучий шёлк прочнее стали и жёстче кевлара. Он образуется в шёлковой железе паука из жидкого «шёлкового раствора», который затем вытягивается в твёрдые волокна. Ранее было известно, что белки сначала собираются в капли, но молекулярные детали этого процесса оставались загадкой.

Используя молекулярное моделирование и спектроскопию, команда обнаружила, что ключевую роль играют специфические взаимодействия между аминокислотами аргинином и тирозином. Именно они заставляют белки слипаться на ранней стадии, и эти связи сохраняются при формировании волокна, создавая наноструктуру, отвечающую за исключительные свойства шёлка.

«Потенциальные применения огромны — от лёгкой защитной одежды и компонентов самолётов до биоразлагаемых медицинских имплантатов и мягкой робототехники», — заявил профессор Крис Лоренц, руководитель британской группы исследователей.

Профессор Грегори Холланд, руководивший американской стороной исследования, отметил, что открытие имеет значение и для нейробиологии.

«То, как белки шёлка претерпевают фазовое разделение, а затем формируют богатые β-слоями структуры, отражает механизмы, которые мы наблюдаем при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера. Изучение шёлка даёт нам чистую, эволюционно оптимизированную систему для понимания того, как можно контролировать эти процессы», — пояснил Холланд.

ИИ: Это фундаментальное открытие — отличный пример того, как изучение природы может привести к прорывам в, казалось бы, не связанных областях, от материаловедения до медицины. Возможность создавать сверхпрочные и биоразлагаемые материалы на основе этого принципа выглядит крайне перспективно.