Нам кажется, что когда-нибудь, в один прекрасный день, на планете появятся нанофабрики, где будут печатать вещи из молекул. Мы будем превращать мусор во все, что захотим, с помощью мощной компьютерной системы, которая сможет разбить любой предмет на молекулы, а потом собрать из них что-нибудь абсолютно другое.

И вот сегодня до нас дошли слухи, что пара исследователей – Джастин Барон, доцент кафедры биоинженерии Политехнического университета, и Райан Зенгер – предприняли первые шаги в этом направлении.

Они соединили идею 3D-печати с молекулярной самосборкой и придумали технологию «генетической 3D-печати». К сведению не биологов, молекулярная самосборка – это процесс, в ходе которого молекулы занимают определенное положение без участия какого-то стороннего источника. Молекулярная самосборка – это метод восходящего производства, как и 3D-печать.

Благодаря случайному открытию, исследователям удалось создать белки, которые умеют преобразовываться в волокна. Они просто пытались создать глютеновое связующее вещество из клейковинных белков. То, что произошло дальше, потрясло их. Когда они убрали часть белка, волокна сами заполнили пробирку.

«Я сразу же понял, что мы допустили ошибку, – вспоминает Барон. – Я попросил студента надеть сетку для волос, вычистил всю лабораторию, греша на пыль и грязь. Мы вновь приступили к опытам и на этот раз вели себя гораздо аккуратнее. Но все повторилось вновь. Тогда мы начали изучать молекулы и поняли, что наткнулись на что-то интересное».

Исследователь Джастин Барон

По качеству волокна напоминали нити шелка пауков, которые исследователи давно и безуспешно пытались получить. Шелк паука обладает высокой удельной прочностью, показатели которой в пять раз превышают показатели стали. Это великолепный материал для применения в самых разных сферах деятельности.

Ученые поняли, что могут управлять белковыми структурами волокон и изменять их цвет. Но это еще не все. Соединив клейковинные белки с другими белками, они смогли напечатать белки из молекул, при этом наделив их разными свойствами. Обычно во время печати пользователи используют специальную программу для перевода компьютерного кода и сырья в физический объект. Здесь же исследователи обнаружили, что могут использовать генетический код в качестве компьютерного и получить ДНК обратным пересчетом, подселив ее к бактерии-хозяину (в данном случае кишечной палочке). Когда белок (сырье) вырастает, он покидает клетку и начинает взаимодействовать с другими белками, формируя волокна, свойства которых заранее предопределены исследователями.

Барон и Зенгер надеются, что в конечном итоге смогут использовать этот метод для производства различных объектов на молекулярном уровне. Поскольку белковые волокна – это природный строительный материал, нужно быть готовыми ко всему. В один прекрасный день с помощью этого метода 3D-печати люди будут создавать кофейники, человеческие кости и даже мышцы.

Сейчас ученые продолжают работать над своим открытием и производят волокна, напоминающие шелк, для их дальнейшего исследования. Также они ищут способ увеличить размеры волокон, чтобы получить возможность создавать более крупные объекты.