Дары природы: Как мы можем использовать скрытые возможности насекомых и растений

Представьте, что материалы, которые есть в природе — от кошачьих блох до секвой — можно использовать в производстве различной продукции, начиная от спортивной обуви, заканчивая медицинскими имплантами.

Профессор Еврейского университета в Иерусалиме Одед Шосейов, который занимается исследованиями в области молекулярной биологии, белковой инженерии и нанобиотехнологий, создает суперэффективные материалы, которые могут изменить способ создания наших будущих продуктов. В своем докладе на TEDx он рассказал о том, какие возможности предоставляют для нас материалы, подаренные природой.

"Современной науке двести лет. Мы должны признать, что наша эффективность не высока. Создаваемые нами машины страдают от технических ошибок. Построенные нами дома рушатся из-за землетрясений. Но мы не должны критически относиться к нашим ученым по одной причине: у них не было достаточно времени. Двести лет — это маленький срок, ведь у природы было три миллиарда лет, чтобы совершенствовать те удивительные вещества, которые мы бы хотели иметь в своем распоряжении. Помните, эти вещества несут на себе гарантию качества сроком в три миллиарда лет.

Кратко и по делу в Telegram

Например, секвойи. Эти громадины живут сотни лет в холодной погоде, в засушливом климате, при ультрафиолете. Если взглянуть на их структуру под электронным микроскопом и задаться вопросом, из чего же они сделаны, то ответ будет неожиданным — из сахара. Но не такого, который мы кладем в чай. Это нановолокна, называемые нанокристаллической целлюлозой. Эта нанокристаллическая целлюлоза в десять раз прочнее стали, хотя и сделана из сахара.

Ученые всего мира считают, что наноцеллюлоза станет одним из главных материалов для всей промышленности. Но есть и проблема. Скажем, вы хотите купить полтонны наноцеллюлозы, чтобы построить корабль или самолет. Можете искать в Google, можете на eBay, можете даже попробовать Alibaba. Но вы не найдете ее. Конечно, вы отыщете тысячи научных статей. Отличных статей, в которых ученые расхваливают это вещество, говорят, как много из него можно сделать. Но никаких коммерческих источников.

Мы в Еврейском университете вместе с коллегами из Швеции решили сфокусироваться на разработке процесса промышленного масштаба для производства наноцеллюлозы. Конечно же, мы не хотели рубить деревья. Мы начали искать альтернативный источник сырья. И мы нашли его — отходы бумажной промышленности. Причина — их очень много. Только в Европе этих отходов набирается 11 млн тонн ежегодно. Это эквивалентно трехкилометровой горе с основанием с футбольное поле. И мы производим такую гору каждый год. И в то время как для всех это экологическая проблема, для нас это золотая жила.

Сегодня мы уже производим наноцеллюлозу в промышленных масштабах в Израиле. Мы можем делать множество вещей с этим материалом. Например, мы показали, что при добавлении лишь небольшого процента наноцеллюлозы в хлопковую ткань, например, в такую, из которой сделана моя рубашка, ее прочность возрастает в разы́. Это можно использовать для производства удивительных вещей, таких как суперткани для промышленных и медицинских применений.

Но чудеса природы не ограничиваются растительным миром. Подумайте о насекомых. Кошачьи блохи, например, умеют прыгать в сто раз выше своего роста. Удивительно! Это равносильно тому, что человек, стоящий в центре острова Свободы в Нью-Йорке, за один прыжок запрыгнул бы на вершину статуи Свободы. Несомненно, каждый хотел бы так уметь. Вопрос в следующем: как блохи это делают?

Оказывается, они создают замечательное вещество, называемое "резилин". Простыми словами, белок резилин — самая эластичная резинка на Земле. Вы можете растягивать его, можете сжимать, и он не отдаст почти никакой энергии в окружающую среду. Но когда вы его отпустите — бац! Он отдает всю энергию назад. Я уверен, все хотели бы иметь такой материал. Но есть проблема: ловить блох довольно тяжело. Почему? Потому что они прыгучие.

Сейчас достаточно поймать лишь одну. Сейчас мы можем извлечь ДНК блохи, чтобы узнать, как они производят резилин, и клонировать его в какой-нибудь непрыгучий организм, например в растение. Это мы и сделали. Сегодня у нас есть возможность производить большое количество резилина.

Моя команда в университете решила сделать нечто действительно крутое. Они решили объединить самый прочный материал, производимый растениями, с самым эластичным материалом, производимым насекомыми, — наноцеллюлозу и резилин. Результаты невероятны! Получившееся вещество твердое, эластичное и прозрачное. Оно может использоваться во многих сферах. Например, в следующем поколении спортивной обуви, так что мы сможем прыгать выше, бежать быстрее. И даже производить новые небьющиеся экраны для компьютеров и смартфонов.

Проблема в том, что мы продолжаем имплантировать синтетические материалы в наше тело, что-то вклеивать и вкручивать в себя. На мой взгляд, это плохая идея. Почему? Потому что они подводят. Синтетические материалы ломаются, как пластиковая вилка, они недостаточно прочные. Но иногда они излишне прочны, поэтому их механические характеристики не подходят к окружающим их живым тканям.

Но на самом деле причина более фундаментальна. Причина в том, что в природе нет ничего такого, что фактически вкручивает голову в шею или приклеивает кожу к моему телу. В природе все едино. Каждая живая клетка, будь то часть растения, насекомого или человека, имеет структуру ДНК, которая кодирует нано-биостроительные блоки. В большинстве своем это белки́. Иногда это ферменты, которые создают другие вещества, такие как полисахариды, жирные кислоты. Основная особенность всех этих материалов в том, что они не нуждаются ни в чем. Они распознают друг друга и объединяются в структуры — особые каркасы, на которых разрастаются клетки, чтобы производить ткани. Они развиваются в органы и вместе дают жизнь.

10 лет назад мы в Еврейском университете решили сфокусироваться на наиболее важном для людей биоматериале. На коллагене. Почему именно коллаген? Потому что он составляет около 25% от сухой массы тела. В нашем теле лишь воды больше, чем коллагена. Я всегда хотел сказать, что любой имплантат в человеческом теле должен содержать коллаген.

Надо признать, перед тем, как мы начали наш проект, уже существовало более тысячи имплантатов, сделанных из коллагена. Например, такие простые вещи, как кожные наполнители для уменьшения морщин, увеличители губ и другие, более сложные, медицинские имплантаты, такие как сердечные клапаны. В чем же проблема? А проблема в источнике. Источник всего коллагена — это фактически мертвые тела: мертвые свиньи и коровы, даже человеческие трупы. Поэтому безопасность очень важна. Но это еще не все. Важно еще и качество.

Мы решили клонировать все пять человеческих генов, ответственных за создание коллагена первого типа, в трансгенное растение табака. Теперь растение имеет возможность производить чистый человеческий коллаген, нетронутый. Это удивительно! Это происходит прямо сейчас. Сегодня в Израиле мы выращиваем его в теплицах на 25 000 квадратных метров по всей стране. Фермеры получают небольшие проростки этого табака. Они выглядят также, как и обычный табак, но содержат в себе пять генов человека. Они ответственны за производство коллагена первого типа. Их мы выращиваем в течение 50–70 дней, затем собираем листья. Затем листья транспортируются на фабрику в грузовиках-холодильниках. И уже там начинается процесс получения коллагена, идентичного тому, что есть в нашем теле. Из него можно делать медицинские имплантаты, например, наполнители для костных пустот для лечения тяжелых переломов, операций на позвоночнике. На рынок Европы мы выпустили текучий гель, используемый для лечения диабетических язв стопы, который одобрен для использования в больницах.

Все это — не научная фантастика. Это происходит прямо сейчас. Мы используем растения для производства медицинских имплантатов для восстановления частей тела человека. Кроме того, мы смогли создать коллагеновые волокна, которые в шесть раз прочнее ахиллова сухожилия. Это потрясающе!

Мой друг, Цион Сулиман, однажды сказал мне одну умную фразу. Он сказал: "Если тебе нужна новая идея, просто открой старую книгу". И такая книга была написана. Написана эволюцией длиною в три миллиарда лет. Текст этой книги — ДНК жизни. Все, что нам нужно, это прочитать этот текст, принять дары природы и начать наш прогресс".

Читайте также: Невозможное возможно: Как школьники научились перерабатывать пенополистирол

Источник