微生物インクにより、プログラム可能な「生きた材料」の 3D プリントが可能に

微生物インクにより、プログラム可能な「生きた材料」の 3D プリントが可能に
出典:科技日報

2021年11月23日に英国の学術誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」に掲載された概念実証研究によると、米国の研究チームは、機能的かつプログラム可能な特性を持つ3D材料を印刷するために使用できる、遺伝子組み換え大腸菌から作られた先進的な微生物インクを報告した。この研究では、環境から有毒化学物質ビスフェノールAを分離するなど、この技術の潜在的な応用も実証された。


他のポリマーや添加剤を加えることなく微生物を直接使用して印刷インクを調製することで、従来の物質が利用できない場合でも材料製造の新たな可能性が開かれます。同時に、この技術は周囲の状況を感知し反応できる材料の開発にも活用できます。エンジニアたちは、この材料を 3D プリントする能力によって、特定の用途に合わせてカスタマイズおよび設計できるようになると考えています。

生きた細胞から構成される微生物インクは、この目標を達成するための候補媒体として常に使用されてきましたが、対象材料の特性と細胞の活動を組み合わせる必要があり、技術的な困難を伴います。

今回、ノースイースタン大学、バージニア工科大学、ハーバード大学ウィス生物工学研究所を含む共同チームが、ナノファイバーを生成するよう遺伝子操作された大腸菌から作られた先進的な微生物インクを報告した。これらのナノファイバーは凝縮され、3D 構造に印刷されます。

大腸菌は、α(ノブ)とγ(ホール)タンパク質ドメイン(フィブリン由来)をCurliナノファイバーの主な構造成分であるCsgAと融合させることにより、微生物インクを生成するように遺伝子操作されました。分泌されると、CsgA-α および CsgA-γ モノマーはノブホール結合相互作用を介してナノファイバーに自己組織化します。 b ノブドメインとホールドメインはフィブリンに由来し、血栓形成中の超分子重合において重要な役割を果たします。微生物インクを 3D プリントして、機能的な生体材料を生成します。
その後、研究者らは、特定の作業を行うように遺伝子操作された他の微生物とインクを組み合わせ、ハイドロゲルを機能的にできることを発見した。研究チームはこのハイドロゲルを使って、化学刺激物質に反応して抗がん剤アズリンを分泌する材料を作ったほか、有毒化学物質ビスフェノールAが環境中に出現した際にそれを隔離できる材料も設計した。ビスフェノールAはかつてプラスチックボトルやプラスチックカップに広く使用されていましたが、その後の研究で内分泌障害を引き起こし、人体の健康を脅かす可能性があることが分かりました。2011年3月2日以降、欧州連合はビスフェノールAを含む哺乳瓶の生産を禁止しています。したがって、環境中にすでに存在する BPA を分離することは実用的な安全技術となるでしょう。

研究者たちは、この新たな研究が宇宙構造物の建設に影響を与える可能性があると考えているが、将来のカスタマイズされた用途を探るにはさらなる研究が必要だ。


原著論文: https://www.nature.com/articles/s41467-021-26791-x


紙、大腸菌、バイオインク、プログラミング

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