Как вырастить платье из паразитического гриба

Живые материалы — композитные системы с метаболически активными клетками, за счет которых они способны самовосстанавливаться и реагировать на внешние стимулы. Природные свойства мицелиальных грибов делают их крайне перспективными для создания таких систем, однако существующие способы получения материалов из мицелия, как правило, не сохраняют его жизнеспособность. В Science Advances описан метод изготовления живого текстиля на основе гриба Cordyceps militaris, паразитирующего на насекомых. Авторы продемонстрировали, что в этот гибкий регенерирующий материал можно встраивать функциональные модули из других грибов — например, для окрашивания и защиты от ультрафиолетового излучения (УФ), — и даже изготовили из него платье. 

Чтобы создать самоподдерживающиеся пленки из гиф гриба, ученые культивировали споры C. militaris. Подобрав оптимальные условия (1 × 10⁶ спор/мл, pH 8 и 72 часа культивации при 24°C), они получили и очистили однородные волокнистые гранулы, поместили их в формы и высушили при 45°C в течение шести часов. 

Материалы на основе биомассы зачастую хрупки, поскольку большое количество водородных связей ограничивает подвижность молекул в их составе. Для решения этой проблемы исследователи применили пластификатор — глицерин, — чтобы разрушить часть межмолекулярных водородных связей и снизить жесткость. Оптимальные механические свойства достигались при концентрации глицерина 10–50%. Полученный материал был способен к самовосстановлению — когда его надрезали, а затем смочили несколькими микролитрами воды и дали высохнуть при комнатной температуре, повреждения затянулись. 

Практическое применение живого текстиля — скажем, для изготовления одежды, — требует его окрашивания, которое не должно мешать жизнеспособности мицелия. Эту задачу авторы решили с помощью пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae). Их выбрали из-за высокой продуктивности синтеза пигментов и наличия отработанных методик генетической модификации, — свойств, которыми не отличается C. militaris, — а также биобезопасности. Чтобы закрепить клетки дрожжей в материале, ученые экспрессировали в них хитинсвязывающий домен, слитый с гликозилфосфатидилинозитолом для заякоривания в мембране. Модифицированные дрожжи прикреплялись к гифам кордицепса и сохранялись на них даже при длительном погружении в воду. 

Окрашивание достигалось за счет метаболизма хромогенных субстратов или de novo синтеза пигментов. Для получения голубого, красного, оранжевого и фиолетового цветов в дрожжах экспрессировали β-галактозидазу (Mel1), β-лактамазу (BLA), гены биосинтеза каротина или виолацеина соответственно. Ученые изготовили прототип голубой ткани путем совместного культивирования C. militaris с дрожжами, экспрессирующими β-галактозидазу. Хромогенным субстратом служил X-gal. За две недели общая интенсивность цвета снизилась, но насыщенность осталась практически неизменной. 

Еще одно свойство гриба — способность формировать воздушные гифы — позволило изготовить самоочищающуюся ткань. Авторы индуцировали их рост, ограничив целевой участок с помощью клейкой полипропиленовой ленты. Таким образом они получили на поверхности ткани узор из гидрофобного покрытия, образованного воздушными гифами. Грязная вода, нанесенная на эти участки, скатывалась каплями и не оставляла следов. 

Ученые дополнили грибной текстиль защитой от УФ-излучения, покрыв его спорами Aspergillus niger в питательном растворе. Этот гриб отличается высоким содержанием меланина. Ткань, покрытая гифами A. niger, поглощала больше УФ, чем контрольная. Защитный эффект подтвердили и в более реалистичных условиях — авторы накрыли этой тканью чашки Петри с грибными спорами и подвергли их облучению УФ мощностью 30 Вт с длиной волны 254 нм. После трех часов облучения всхожесть спор, не защищенных аспергиллом, заметно снизилась, а у накрытых тканью с A. niger она сохранилась. 

Живой текстиль также был биоразлагаемым — небольшая коробка, собранная из этого материала, практически полностью разложилась в почве за 41 день. 

Наконец, исследователи создали из грибного текстиля платье. Они изготовили около 20 фрагментов, которые были окрашены в синий цвет за счет модифицированных S. cerevisiae. На воротник ушло еще четыре фрагмента; на их поверхности воздушные гифы образовали пятнистый узор. Воздушные гифы также покрывали подол платья, что придавало ему способность к самоочищению.

Credit:
Courtesy of Ke Li et al. | пресс-релиз  

Таким образом, из мицелия можно создавать экологичный и самовосстанавливающийся живой текстиль, причем процесс производства отличается модульностью — на том или ином этапе ткани можно придать дополнительные свойства, такие как цвет или гидрофобность. По мнению авторов, предложенный подход может найти применение в изготовлении одежды (в том числе снаряжения для активного отдыха), производстве биомедицинских устройств или специализированной упаковки.

Как правильно выращивать паразитический гриб