Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties.
Microbial production of megadalton titin yields fibers with advantageous mechanical properties.
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DOI：
10.1038/s41467-021-25360-6
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发表时间：
2021-08-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhang F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bowen CH;Sargent CJ;Wang A;Zhu Y;Chang X;Li J;Mu X;Galazka JM;Jun YS;Keten S;Zhang F
人造高性能聚合物通常是不可生物降解的，并且通过涉及有毒溶剂和副产品的能源密集型工艺从石油原料中衍生。虽然工程微生物已用于许多小分子的可再生生产，但高性能聚合物材料的直接微生物合成仍然是一个重大挑战。在这里，我们设计了巨道尔顿肌肉肌联蛋白聚合物的微生物生产，产生了高性能纤维，不仅重新获得了天然肌联蛋白的高度期望的特性（即，高阻尼能力和机械恢复），而且还具有高强度、韧性和阻尼能--优于许多合成和天然聚合物。结构分析和分子建模表明，这些特性源自折叠的免疫球蛋白样结构域的独特链间结晶，其抵抗链间滑动，同时允许链内展开。这些纤维在从生物医学到纺织品的各个领域都有潜在的应用，所开发的方法，加上结构-功能的见解，有望加速高性能材料微生物生产的进一步创新。在这里，作者设计了具有非常理想的机械性能的肌肉肌联蛋白纤维的微生物生产，并提供了结构分析，解释了这种聚合物高性能的分子机制，在生物医学和纺织工业等方面具有潜在的用途。
Manmade high-performance polymers are typically non-biodegradable and derived from petroleum feedstock through energy intensive processes involving toxic solvents and byproducts. While engineered microbes have been used for renewable production of many small molecules, direct microbial synthesis of high-performance polymeric materials remains a major challenge. Here we engineer microbial production of megadalton muscle titin polymers yielding high-performance fibers that not only recapture highly desirable properties of natural titin (i.e., high damping capacity and mechanical recovery) but also exhibit high strength, toughness, and damping energy — outperforming many synthetic and natural polymers. Structural analyses and molecular modeling suggest these properties derive from unique inter-chain crystallization of folded immunoglobulin-like domains that resists inter-chain slippage while permitting intra-chain unfolding. These fibers have potential applications in areas from biomedicine to textiles, and the developed approach, coupled with the structure-function insights, promises to accelerate further innovation in microbial production of high-performance materials. Here, the authors engineer microbial production of muscle titin fibers with highly desirable mechanical properties and provide structural analyses that explain the molecular mechanisms underlying high performance of this polymer with potential uses in biomedicine and textile industries, among others.
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影响因子：
5.5
作者：
Grubb, DT;Jelinski, LW
通讯作者：
Jelinski, LW
DOI：
10.1073/pnas.96.20.11288
发表时间：
1999-09-28
影响因子：
11.1
作者：
Carrion-Vazquez, M;Marszalek, PE;Fernandez, JM
通讯作者：
Fernandez, JM
影响因子：
64.8
作者：
Choi, Yong Jun;Lee, Sang Yup
通讯作者：
Lee, Sang Yup
影响因子：
16.6
作者：
Gim, Jiseok;Schnitzer, Noah;Hovden, Robert
通讯作者：
Hovden, Robert
DOI：
10.1073/pnas.96.7.3694
发表时间：
1999-03-30
影响因子：
11.1
作者：
Carrion-Vazquez, M;Oberhauser, AF;Fernandez, JM
通讯作者：
Fernandez, JM