"Природа уже нашла способ создавать материалы, которые являются одновременно прочными и пригодными для вторичной переработки", - сказал Мэтью Харрингтон, профессор химии и канадский исследовательский центр "Зеленой химии", возглавлявший исследование. "Расшифровав молекулярную структуру слизи бархатного червя, мы теперь на один шаг приблизились к воспроизведению этой эффективности для материалов, которые мы используем каждый день".

Бархатные черви, маленькие существа, похожие на гусениц, обитающие во влажных лесах южного полушария, используют свою слизь для захвата добычи. При выбросе слизь быстро затвердевает, образуя волокна, такие же прочные, как нейлон. Слизь растворяется в воде и может быть восстановлена в новые волокна. До сих пор молекулярный механизм, лежащий в основе этой обратимости, оставался загадкой.

Используя секвенирование белков и предсказание структуры на основе искусственного интеллекта (AlphaFold, инструмент, удостоенный Нобелевской премии 2024 года), команда Харрингтона идентифицировала ранее неизвестные белки в слизи, которые функционируют аналогично клеточным рецепторам в иммунной системе. Исследователи полагают, что рецепторные белки функционируют для связывания крупных структурных белков во время формирования волокон. Сравнив две подгруппы бархатных червей, которые разделились почти 380 миллионов лет назад, исследователи продемонстрировали эволюционное значение и функциональную значимость этого белка.

План создания материалов, пригодных для вторичной переработки

Традиционные пластмассы и синтетические волокна, как правило, изготавливаются с использованием прекурсоров на основе нефти и требуют энергоемких процессов для производства и вторичной переработки, часто включающих термическую или химическую обработку. Бархатный червь, однако, использует простые механические усилия - вытягивание и растяжение - для получения прочных, долговечных волокон из биообновляемых прекурсоров, которые впоследствии могут быть растворены и использованы повторно без вредных побочных продуктов.

"Очевидно, что пластиковая бутылка, которая растворяется в воде, имела бы ограниченное применение, но, изменив химический состав этого механизма связывания, мы можем обойти эту проблему", - сказал Харрингтон.

Исследование было проведено в соавторстве исследователями из Университета Макгилла и Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре. Следующей задачей команды будет экспериментальная проверка связующих взаимодействий и изучение того, можно ли адаптировать этот принцип для инженерных материалов.