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La biología sintética permite a los microbios desarrollar músculo

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Investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un enfoque de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios modificados. Esto permitió que los microbios produjeran la proteína muscular de alto peso molecular titina, que luego se hilaba en fibras. En el futuro, dicho material podría usarse para ropa o incluso como equipo de protección. Crédito: Universidad de Washington en St. Louis

¿Usarías ropa de fibra muscular? ¿Usarlos para atarse los zapatos o incluso usarlos como cinturón? Puede sonar un poco extraño, pero si estas fibras pueden soportar más energía antes de romperse que el algodón, la seda, el nailon o incluso el kevlar, ¿por qué no?


No se preocupe, este músculo podría producirse sin dañar a un solo animal.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un enfoque de química sintética para polimerizar proteínas dentro de microbios modificados. Esto permitió que los microbios produjeran la proteína muscular de alto peso molecular titina, que luego se hilaba en fibras.

Su investigación fue publicada el lunes 30 de agosto en la revista Comunicaciones naturales.

Además: “Su producción puede ser barata y escalable. Puede habilitar muchas aplicaciones en las que la gente había pensado antes, pero con fibra muscular«, dijo Fuzhong Zhang, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química. Ahora estas aplicaciones se pueden realizar sin la necesidad de tejido animal real.

La proteína muscular sintética producida en el laboratorio de Zhang es la titina, uno de los tres componentes proteicos principales del tejido muscular. Crítico para su propiedades mecánicas es el gran tamaño molecular de la titina. «Es la proteína más grande conocida en la naturaleza», dijo Cameron Sargent, estudiante de doctorado en la División de Ciencias Biológicas y Biomédicas y primer autor del artículo con Christopher Bowen, un reciente Ph.D. Egresado del Departamento de Ingeniería Energética, Ambiental y Química.

Las fibras musculares han sido de interés durante mucho tiempo, dijo Zhang. Los investigadores han intentado diseñar materiales con propiedades similares a las de los músculos para diversas aplicaciones, como la robótica blanda. “Nos preguntamos, ‘¿Por qué no hacemos músculos sintéticos directamente? «», declaró. «Pero no vamos a cosecharlos de animales, usaremos microbios para hacerlo».

Para solucionar algunos de los problemas que normalmente impiden que las bacterias produzcan proteínas grandes, el equipo de investigación diseñó bacterias para reconstituir segmentos más pequeños de la proteína en polímeros de peso molecular ultra alto de aproximadamente dos megadaltons, o aproximadamente 50 veces el tamaño de un promedio. bacterias. proteína. Luego utilizaron un proceso de hilado en húmedo para convertir la proteína en fibras de aproximadamente diez micrones de diámetro, o una décima parte del grosor de un cabello humano.

Junto a los colaboradores Young Shin Jun, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, y Sinan Keten, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Northwestern, el grupo luego analizó la estructura de estas fibras para identificar los mecanismos moleculares que permiten su combinación única de dureza, resistencia y capacidad de amortiguación excepcionales, o la capacidad de disipar la energía mecánica en forma de calor.

Aparte de la ropa elegante o la armadura protectora (de nuevo, las fibras son más fuertes que el Kevlar, el material utilizado en los chalecos antibalas), Sargent señaló que este material también tiene muchas aplicaciones biomédicas potenciales. Debido a que es casi idéntico a las proteínas que se encuentran en el tejido muscular, este material sintético es presumiblemente biocompatible y, por lo tanto, podría ser un material excelente para suturas, ingeniería de tejidos, etc.

El equipo de investigación de Zhang no planea detenerse en los sintéticos muscular fibra. Es probable que el futuro contenga más materiales únicos activados por su estrategia de síntesis microbiana. Bowen, Cameron y Zhang solicitaron una patente basada en la investigación.

“La belleza del sistema es que realmente es una plataforma que se puede aplicar en cualquier lugar”, dijo Sargent. «Podemos tomar proteínas de diferentes contextos naturales y luego ponerlas en esta plataforma para la polimerización y crear proteínas más grandes y más largas para diversas aplicaciones de materiales con mayor durabilidad».


Fibras producidas por microbios: más fuertes que el acero, más fuertes que el kevlar


Más información:
La producción microbiana de megadalton titina da fibras con propiedades mecánicas ventajosas, Comunicación de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-25360-6

Cita: Synthetic Biology Allows Microbes to Build Muscle (2021, 30 de agosto) recuperado el 30 de agosto de 2021 de https://phys.org/news/2021-08-synthetic-biology-enables-microbes-muscle.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona solo a título informativo.

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Conferencia Levy: Exploración de la Estación Espacial Internacional

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Michelle Nichols se describe a sí misma como una «astroeducadora», y la etiqueta no podría ser más acertada. En una completa presentación de diapositivas para la audiencia de Levy Lecture el martes 25 de enero, Nichols describió la historia de la Estación Espacial Internacional (ISS), el ingenioso hogar temporal de un grupo de astronautas internacionales en constante cambio.

Cuento de 1869 de Edward Everett Hale

La idea de vivir en el espacio ha sido un pilar de la ciencia ficción durante años. La primera imagen conocida de una casa entre las estrellas apareció en la novela de 1869 «The Brick Moon» de Edward Everett Hale. En 1928, Herman Potoĉnik, un oficial del ejército austrohúngaro, ingeniero y entusiasta del espacio, diseñó humanos viviendo permanentemente en el espacio en una nave espacial en órbita y dibujó el primer modelo arquitectónico de esta estructura.

En la década de 1950, Wernher von Braun era un ingeniero aeroespacial alemán que trabajaba para la NASA después de ser reclutado por los estadounidenses. Fue uno de los principales defensores del uso de cohetes para la exploración espacial y planeó emplear un equipo de científicos para construir un satélite en el espacio basado en la misma forma esférica propuesta por Potoĉnik.

En 1971, la idea de una estación espacial pasó de la fantasía a la realidad. La Unión Soviética lanzó Salyut 1, la primera estación espacial tripulada por humanos. Tenía forma tubular e incluía una estación de acoplamiento para acomodar a los astronautas lanzados en órbita semanas o meses después. El programa Salyut duró 20 años, finalizando en 1991 con Salyut 7.

Nichols resumió el progreso realizado por la Unión Soviética durante este período, incluida la transición de estaciones monolíticas a modulares, el uso de múltiples puertos de acoplamiento, transferencias orbitales de una tripulación a otra, el uso de vehículos de reabastecimiento de combustible no tripulados y la viabilidad de realizar vuelos espaciales largos. programas, que eran experimentos científicos que duraban varios meses. La comunidad científica internacional ha aplaudido estos avances.

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Usando fotos de la NASA y otras fuentes, Nichols llevó a la audiencia a través de décadas de naves espaciales y estaciones espaciales, incluido el Skylab de los Estados Unidos (1, 2 y 3) y la nave espacial Mir de la estación de la Unión Soviética lanzada en 1986. Mir se ensambló esencialmente en órbita entre 1986 y 1996. Más tarde administrado por Rusia después del colapso de la Unión Soviética, sirvió como un ejemplo de asociación y desarrollo internacional ya que se enviaron astronautas de varios países a Mir para participar en la construcción y el mantenimiento de la estructura y realizar experimentos allí. .

Estados Unidos lideró la construcción de la ISS, que comenzó en 1998. Durante 13 años, otros países, incluidos Rusia y Canadá, construyeron y suministraron componentes para la estación. Nichols se maravilló con la foto final de la ISS y le recordó a la audiencia: “La Estación Espacial Internacional se construyó una vez. Estos módulos nunca han sido ensamblados en el suelo, juntos como una sola pieza. Habría sido imposible de hacer. No hubo una segunda oportunidad. »

El público vio fotografías de varios astronautas realizando sus actividades diarias, como trabajar en una computadora portátil, afeitarse, hacer ejercicio, prepararse para dormir, cortarse el cabello, realizar experimentos, preparar alimentos, comer, tocar un instrumento musical y pasar de un módulo a otro. otro. Una de las partes más difíciles de vivir en el espacio es simplemente saber dónde está cada cosa. Hay mucho espacio de almacenamiento, pero cada centímetro de la estructura tiene un propósito, y cada objeto debe tener una función o una razón para estar allí. Dentro de la ISS, el peso y el volumen son demasiado valiosos y costosos para asignarlos de otra manera que no sea a propósito.

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Los astrónomos predicen que la basura espacial de SpaceX llegará a la Luna

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Un cohete SpaceX que lleva un satélite meteorológico de la NASA despega en febrero de 2015 desde Cabo Cañaveral, Florida.

Un trozo de un cohete SpaceX que despegó hace siete años y fue abandonado en el espacio después de completar su misión se estrellará contra la Luna en marzo, dicen los expertos.


El cohete se empleó en 2015 para poner en órbita un satélite de la NASA llamado Deep Space Climate Observatory.

Desde entonces, la segunda etapa del cohete, o propulsor, ha estado flotando en lo que los matemáticos llaman una órbita caótica, dijo el miércoles a la AFP el astrónomo Bill Gray.

Fue Gray quien calculó el nuevo curso de colisión de la basura espacial con la Luna.

El propulsor pasó bastante cerca de la Luna en enero en un encuentro que alteró su órbita, dijo Gray.

Está detrás del Proyecto Plutón, un software que permite calcular la trayectoria de asteroides y otras cosas en el espacio y se utiliza en los programas de observación espacial financiados por la NASA.

Una semana después de que la etapa del cohete zumbara cerca de la Luna, Gray lo detectó nuevamente y concluyó que en realidad se estrellará contra el lado oscuro del satélite el 4 de marzo.

Gray hizo un llamamiento a la comunidad de astrónomos aficionados para que se unieran a él en la observación del impulsor (es brillante y fácil de detectar) y su conclusión fue confirmada.

La hora exacta y el lugar del impacto pueden cambiar un poco con respecto a su pronóstico, pero existe un acuerdo generalizado de que habrá una colisión en la Luna ese día.

«He estado rastreando basura de este tipo durante unos 15 años. Y este es el primer impacto lunar no intencional que hemos tenido», dijo Gray a la AFP.

El impacto de este objeto de cuatro toneladas en la Luna no será visible desde la Tierra en tiempo real.

Pero dejará un cráter que los científicos podrán observar, como con el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA o el satélite Chandrayaan-2 de la India, y así aprender más sobre la geología de la Luna.

Las naves espaciales se han estrellado intencionalmente contra la Luna antes, con fines científicos.

En 2009, por ejemplo, la NASA sintió que la etapa de un cohete se lanzaba hacia la Luna cerca de su polo sur en busca de agua.

Pero la mayoría de los cohetes no se alejan tanto de la Tierra. SpaceX trae sus propulsores de cohetes a través de la atmósfera de la Tierra para que se desintegren sobre el océano.

Gray dijo que podría haber más choques involuntarios con la Luna en el futuro a medida que los programas espaciales de Estados Unidos y China dejen más basura en órbita.


Asteroides, la Luna y Marte: Misiones espaciales que esperar en 2022


© 2022 AFP

Cita: Tres, dos, uno: los astrónomos predicen que la basura espacial de SpaceX llegará a la Luna (26 de enero de 2022) consultado el 26 de enero de 2022 en https://phys.org/news/2022-01-astronomers-spacex-space-junk-moon .html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

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Una nueva investigación fortalece el vínculo entre los glaciares y la desconcertante «gran disconformidad» de la Tierra

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Los investigadores utilizaron datos termocronométricos de cuatro lugares de América del Norte para determinar la causa de la «Gran Disconformidad», una pérdida masiva de roca hace unos 700 millones de años. Crédito: Figura de Kalin McDannell

La acción del hielo parece ser la responsable de la antigua erosión de las rocas en todo el planeta.

Una nueva investigación proporciona más evidencia de que las rocas que representan hasta mil millones de años de tiempo geológico fueron talladas por antiguos glaciares durante el período de «Tierra bola de nieve» del planeta, según un estudio publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

La investigación presenta los últimos hallazgos en un debate sobre qué causó la «Gran Disconformidad» de la Tierra: un intervalo de tiempo en el registro geológico asociado con la erosión de rocas de hasta 3 millas de espesor en áreas de todo el mundo.

«El hecho de que en tantos lugares falten las rocas sedimentarias de este período ha sido una de las características más desconcertantes del registro de rocas», dijo C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra e investigador principal del estudio. “Con estos resultados, el patrón comienza a tener mucho más sentido”.

La enorme cantidad de roca que falta que se conoce como la Gran Disconformidad se nombró por primera vez en el Gran Cañón a fines del siglo XIX. La característica geológica conspicua es visible donde se intercalan capas de rocas de períodos de tiempo distantes, y a menudo se identifica donde las rocas con fósiles se asientan directamente sobre las que no contienen fósiles.

Disconformidad de la mina de mica

En el Cañón Ladder de Colorado, rocas que difieren en edad en aproximadamente mil millones de años se sientan juntas a lo largo de la Gran Disconformidad. Crédito: C. Brenhin Keller

“Este fue un momento fascinante en la historia de la Tierra”, dijo Kalin McDannell, investigador postdoctoral en Dartmouth y autor principal del artículo. “La Gran Discordancia prepara el escenario para la explosión de vida del Cámbrico, que siempre ha sido desconcertante ya que es tan abrupta en el registro fósil: los procesos geológicos y evolutivos suelen ser graduales”.

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Durante más de un siglo, los investigadores han tratado de explicar la causa del tiempo geológico perdido.

En los últimos cinco años, se han puesto de manifiesto dos teorías opuestas: una explica que la roca fue tallada por antiguos glaciares durante el período de la Tierra Bola de Nieve hace unos 700 a 635 millones de años. El otro se enfoca en una serie de eventos de placas tectónicas durante un período mucho más largo durante el ensamblaje y la ruptura del supercontinente Rodinia desde hace aproximadamente 1000 millones a 550 millones de años.

La investigación dirigida por Keller en 2019 propuso por primera vez que la erosión generalizada de las capas de hielo continentales durante el intervalo glacial criogénico causó la pérdida de roca. Esto se basó en proxies geoquímicos que sugirieron que grandes cantidades de erosión masiva coincidían con el período de la Tierra Bola de Nieve.

“La nueva investigación verifica y avanza los hallazgos del estudio anterior”, dijo Keller. “Aquí proporcionamos evidencia independiente de enfriamiento de rocas y millas de exhumación en el período criogénico en una gran área de América del Norte”.

El estudio se relaciona con una interpretación detallada de la termocronología para realizar la evaluación.

Brenhin Keller y Kalin McDannell

C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra, a la izquierda, y Kalin McDannell, investigadora posdoctoral en ciencias de la tierra. Crédito: Eli Burakian/Dartmouth College

La termocronología permite a los investigadores estimar la temperatura que experimentan los cristales minerales a lo largo del tiempo, así como su posición en la corteza continental dada una estructura térmica particular. Esas historias pueden proporcionar evidencia de cuándo se eliminó la roca que faltaba y cuándo se pudieron haber exhumado las rocas actualmente expuestas en la superficie.

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Los investigadores utilizaron múltiples mediciones de datos termocronométricos publicados previamente tomados en cuatro ubicaciones de América del Norte. Las áreas, conocidas como cratones, son partes del continente que son química y físicamente estables, y donde la actividad de las placas tectónicas no habría sido común durante ese tiempo.

Al ejecutar simulaciones que buscaron la trayectoria de tiempo y temperatura que experimentaron las rocas, la investigación registró una señal generalizada de enfriamiento rápido y de alta magnitud que es consistente con aproximadamente 2-3 millas de erosión durante las glaciaciones de Snowball Earth en el interior de América del Norte.

“Mientras que otros estudios han utilizado la termocronología para cuestionar el origen glacial, un fenómeno global como la Gran Discordancia requiere una evaluación global”, dijo McDannell. “La glaciación es la explicación más simple de la erosión en una vasta área durante el período de la Tierra Bola de Nieve, ya que se creía que las capas de hielo cubrían la mayor parte de América del Norte en ese momento y pueden ser excavadores eficientes de rocas”.

Según el equipo de investigación, la teoría en competencia de que la actividad tectónica esculpió la roca que falta se presentó en 2020 cuando un grupo de investigación independiente cuestionó si los glaciares antiguos eran lo suficientemente erosivos como para causar la pérdida masiva de roca. Si bien esa investigación también usó termocronología, aplicó una técnica alternativa en una sola ubicación tectónicamente activa y sugirió que la erosión ocurrió antes de Snowball Earth.

“El concepto subyacente es bastante simple: algo eliminó una gran cantidad de roca, lo que resultó en una gran cantidad de tiempo perdido”, dijo Keller. «Nuestra investigación demuestra que solo la erosión glacial podría ser responsable a esta escala».

Según los investigadores, los nuevos hallazgos también ayudan a explicar los vínculos entre la erosión de las rocas y la aparición de organismos complejos hace unos 530 millones de años durante la explosión del Cámbrico. Se cree que la erosión durante el período de la Tierra Bola de Nieve depositó sedimentos ricos en nutrientes en el océano que podrían haber proporcionado un entorno fértil para los componentes básicos de la vida compleja.

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El estudio señala que las dos hipótesis de cómo se erosionó la roca no son mutuamente excluyentes: es posible que tanto la tectónica como la glaciación hayan contribuido a la interrupción del sistema global de la Tierra durante la formación de la Gran Discordancia. Sin embargo, parece que solo la glaciación puede explicar la erosión en el centro del continente, lejos de los márgenes tectónicos.

“En última instancia, con respecto a la Gran Discordancia, puede ser que la(s) reconstrucción(es) generalmente aceptada(s) de un empaquetamiento ecuatorial más concentrado de los continentes rodinianos junto con las condiciones ambientales únicas del Neoproterozoico, demostraron ser un tiempo de casualidad geológica diferente a la mayoría de los demás. otro en la historia de la Tierra”, dice el trabajo de investigación.

Según el equipo, esta es la primera investigación que utiliza su enfoque de modelado termocronológico para estudiar un período que se extiende mucho más allá de los mil millones de años. En el futuro, el equipo repetirá su trabajo en otros continentes, donde esperan seguir probando estas hipótesis sobre cómo se creó y preservó la Gran Discordancia.

Según el equipo, resolver las diferencias en la investigación es fundamental para comprender la historia temprana de la Tierra y la interconexión de los procesos climáticos, tectónicos y biogeoquímicos.

«El hecho de que haya habido erosión tectónica a lo largo de los márgenes del cratón no descarta la glaciación», dijo McDannell. “Las discordancias son características compuestas, y nuestro trabajo sugiere que la erosión criogénica fue un contribuyente clave, pero es posible que tanto la erosión anterior como la posterior estuvieran involucradas en la formación de la superficie de discordancia en diferentes lugares. Un examen global nos dirá más”.

Referencia: “Restricciones termocronológicas sobre el origen de la Gran Discordancia” 25 de enero de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guenthner, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; Peter Zeitler de Universidad de Lehigh; y David Shuster de la Universidad de California, Berkeley y el Centro de Geocronología de Berkeley fueron coautores del artículo.

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