Международная группа ученых заставила два штамма бактерий сообща синтезировать перламутр. Композитный материал найдет себя в биомедицине, инженерных приложениях и даже в космосе. О результатах ученые рассказывают в журнале Small.
Перламутр, образующий внутреннюю поверхность раковин моллюсков, на 95% состоит из карбоната кальция и на 5% из β-хитина, люстрина и белков. Кристаллы карбоната кальция укладываются в слои шестиугольных пластинок арагонита, а органические молекулы создают для того матрицу. Толщина пластинок сопоставима с длинами волн видимого света, поэтому падающие лучи испытывают многочисленную и разнообразную интерференцию, что и вызывает перламутровое свечение. Жесткость композита составляет 70 гПа, что сравнимо с показателем карбоната кальция. Однако прочность перламутра оценивается в 1000 раз выше (0,3 – 13,0 кДж/м2), чем прочность одиноких кристаллов арагонита.
Сейчас искусственный перламутр синтезируют при помощи дорогостоящего оборудования, экстремальных температур, высокого давления и токсичных химических веществ. Однако доцент Рочестерского университета Энн Мейер и ее коллеги придумали новый метод создания материала. Технология экологична, а получаемый продукт имеет прочность натурального перламутра. Единственное упущение — материал не испускает перламутрового света: пластинки арагонита выходят толще, и интерференция возможна только с инфракрасными длинами волн.
Для синтеза ученые использовали два штамма бактерий, которые по очереди создавали слои карбоната кальция и γ-полиглутамата. За производство первого отвечала бактерия Sporosarcina pasteurii. Бактерия выделяла в среду уреазу — фермент, который расщепляет мочевину до карбоната. Bacillus licheniformisсинтезировала γ-полиглутамат, который работал как органическая матрица для кристаллов карбоната кальция. Таким образом, бактерии получали на входе кальций и мочевину, а выдавали на выходе синтетический перламутр.
Биосовместимость перламутра из лаборатории Мейера делает его идеальным материалом для создания искусственных костей и имплантов. Прочность материала обеспечит ему применение в разработке защитных покрытий от трещин и эрозии. Доступность технологии позволит конструировать перламутровые дома на Луне: в лунной пыли содержится огромное количество кальция, а второй компонент для синтеза могут предоставить сами космонавты.
Источник: https://indicator.ru/news/2019/04/24/bakterii-sinteziruyut-perlamutr/
