Byla vyvinuta nová udržitelná metoda pro rozkládání keratinsů, které přeměnilo zbylou vlnu a peří na užitečné produkty.
Operace textilního a masného zpracování generují každý rok miliardy tun peří, vlny a vlasů. Tyto materiály jsou bohaté na keratin, tvrdý, vláknitý protein nalezený ve vlasech, kůži a nehtech.
Převod tohoto zvířecího odpadu na užitečné zboží, od obvazů rány a ekologicky šetrné textilie po výtažky v oblasti zdraví, by mohlo mít prospěch pro životní prostředí a pomoci budovat nová udržitelná průmyslová odvětví. Úzkým místem je protein Upcycling: Rozbíjení proteinů do jejich složek se obvykle spoléhá na korozivní chemikálie používané ve velkých znečišťujících zařízeních, což udržuje cenově dostupný proces mimo dosah.
Vědci na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Seas) identifikovali základní chemii, která vysvětluje, jak proteiny, jako je keratin de-příroda v přítomnosti určitých solných sloučenin. Tento vhled by mohl smysluplným způsobem posunout recyklaci proteinů vpřed.
Tým vedený Kit Parkerem, profesorem bioinženýrství Tarr, Tarr Family a aplikovaná fyzika na Seas, kombinoval laboratorní experimenty s molekulárními simulacemi, aby objasnil, jak se soli vyvolávají protein. Zjistili, že koncentrovaný lithium bromid, sůl, o kterém je známo, že se rozpadá keratin, působí překvapivě. Spíše než vazba přímo na proteiny, jak navrhovala konvenční moudrost, mění strukturu molekul vody v okolí a vytváří podmínky, které upřednostňují spontánní rozvinutí.
Tento vhled umožnil vědcům navrhnout jemnější a udržitelnější proces extrakce keratinu a snadno oddělit protein z roztoku snadno a bez potřeby drsných chemikálií. Proces lze také obrátit se stejnou směsí soli, což umožňuje zotavení a opětovné použití denaturantů bromidu lithia.
Výzkum je publikován v Přírodní komunikace a je také uveden v a Za papírem Blogový příspěvek.
Inspirováno biomateriály keratinu
První autor Yichong Wang, postgraduální student v chemii, který pracuje ve skupině Parkerů, uvedl, že výzkum staví na dlouhodobém zájmu laboratoře o vývoj Biomateriály keratinu s tvarovou pamětí Pro biomedicínské aplikace. Měli dříve pozorováno Tento keratin extrahovaný z rozpouštědel lithia bromidu může tvořit silné, tvarovatelné gely, které se snadno oddělují od okolního roztoku a při umístění do vody téměř okamžitě ztuhnou. Přestože je to užitečné, považovali chování divné a chtěli mu lépe porozumět.
„Mysleli jsme si, že by mohla existovat mezera mezi současným mechanistickým porozuměním toho, jak funguje detaturaci a tím, co jsme viděli,“ řekl Wang. „Tehdy jsme se velmi zajímali o samotný mechanismus, abychom zjistili, zda bychom mohli lépe optimalizovat naše extrakční postupy tím, že tento jev lépe vysvětlíme.“
Molekulární dynamika odhaluje posuny v okolní vodě
Chcete -li hlouběji kopat, tým se obrátil na laboratoř profesora Eugene Shakhnoviče na katedře chemie a chemické biologie, jehož odbornost je v biofyzice proteinů. Simulace molekulární dynamiky vedené spoluautorem Junlang Liu jim umožnily vidět, že lithiové bromidy na proteinech vůbec nepracují, ale spíše na vodě kolem nich.
Ukázalo se, že ionty lithia bromidové způsobují, že se molekuly vody přesunou do dvou různých populací – normální vody a molekuly vody, které jsou zachyceny solnými ionty. Jak se normální objem vody snižuje, proteiny se začnou rozvíjet v důsledku termodynamického posunu v prostředí, spíše než být přímo roztrhány jako v jiných metodách de-naturačního. „Usnesení vody jako voda, umožňuje proteinu se rozvinout,“ řekl Wang. Měli podobné výsledky testováním jednodušších proteinů, jako je fibronektin, poukazoval na univerzální mechanismus.
Lepší porozumění a navrhování metod extrakce proteinů, které jsou méně energeticky náročné a méně znečišťující než konvenční ty, které otevírají potenciální cesty pro průmyslová odvětví protein-upcycling. V laboratoři Parker je použití keratinu jako substrátu pro tkáňové inženýrství hlavním výzkumným tahem; Spolehlivou a udržitelnou metodu pro extrakci a opětovné použití těchto produktů by posílilo jejich úsilí.
A co víc, tento proces by mohl položit cestu pro zcela nový průmysl biomateriálů a proměnit masivní proud odpadu, jako jsou vlasy nebo kuřecí peří na nízkonákladové recyklované materiály, pravděpodobně jako alternativa pro tradiční plasty.
Reference: „Denaturace řízená entropií umožňuje udržitelnou regeneraci bílkovin pomocí rychlého přechodu s gelem“ od Yichong Wang, Junlang Liu, Michael M. Peters, Ryoma Ishii, Dianzhuo Wang, Sourav Chowdhury, Kevin Kit Parker a Eugene I. Shakhnovich, 26. července 2025, Přírodní komunikace.
Dva: 10.1038/S41467-025-61959-9
Výzkum měl mnoho zdrojů federální podpory, včetně Národní zdravotní ústavy (R35GM139571 a R01EY030444) a National Science Foundation prostřednictvím Harvard University Material Materials Research Science and Engineering Center (DMR-2011764). Další financování pocházelo z programu Health@InnoHK Komise pro inovace a technologie, součástí vlády Hongkongu SAR; a lékařské a zdravotnické informatiky Laboratories na NTT Research, Inc.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
