Осьминоги, кальмары, каракатицы и прочие представители класса головоногих обладают выдающимся мастерством маскировки, быстро меняя окраску своей кожи, чтобы идеально вписываться в окружающую среду. Это уникальное свойство обусловлено наличием природного пигмента ксантомматина. Он играет важнейшую роль в процессе изменения окраски кожных покровов, пишет ScienceDaily.
Команда из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего применила биологически ориентированный подход, позволивший успешно синтезировать природный пигмент ксантомматин внутри бактериальных клеток. Метод значительно повысил уровень производства пигмента, обеспечив показатель, превосходящий ранее доступные технологии примерно в 1000 раз. Такое достижение открывает перспективы для широкого спектра экологичных решений в различных областях. Пигмент можно использовать в фотоэлектронных устройствах, термоустойчивых покрытиях, натуральных красителях и солнцезащитных средствах.
Кроме головоногих моллюсков, ксантомматин встречается у некоторых видов насекомых, относящихся к типу членистоногих. Например, именно благодаря этому пигменту крылья бабочки-монарха приобретают насыщенный оранжевый оттенок, а тела и глаза стрекоз отличаются ярко-красными цветами. Несмотря на уникальные декоративные качества ксантомматина, изучение его свойств затруднено ограниченными возможностями его получения. Традиционные способы добычи пигмента из организмов животных малопроизводительны и нерентабельны, а существующие лабораторные методики химического синтеза характеризуются высоким уровнем затрат труда и крайне низкой эффективностью.
«Нам требовался совершенно новый подход к решению проблемы. По сути, мы придумали способ заставить бактерии производить больше необходимого нам материала», — комментирует ведущий автор исследования Лия Бушин. По словам эксперта, за основу была взята специально созданная дефектная клеточная линия, которая могла поддерживать жизнедеятельность исключительно при одновременном производстве пигмента и дополнительной химической субстанции — муравьиной кислоты. Каждая молекула образующегося пигмента сопровождалась выделением одной молекулы муравьиной кислоты, необходимой для питания и поддержания жизнедеятельности клетки. Таким образом, был сформирован замкнутый цикл, обеспечивающий стабильное образование ксантомматина.
«Наш эксперимент строился на принципе, согласно которому продукция требуемого нами вещества становится условием существования организма. Без выработки ксантомматина клетка попросту прекращала рост», — поясняет Бушин.
Для увеличения эффективности продукции ученые прибегли к помощи автоматизированных технологий. Применяя роботизированные установки, микроорганизмы были последовательно проведены через два этапа высокоэффективной эволюционной адаптации в лабораторных условиях. Специально разработанное биоинформатическое ПО помогло выявить конкретные мутации, увеличивающие эффективность синтеза пигмента. По словам создателей технологии, традиционные подходы позволяют получить около пяти миллиграммов пигмента на литр, «если повезет», тогда как новый метод дает от одного до трех граммов вещества на литр.
Ранее ученые совершили прорыв в управлении квантовым светом.
