Les coquillages comme les moules et les balanes sécrètent des protéines très collantes qui les aident à s'accrocher aux rochers ou à la coque des navires, même sous l'eau. Inspiré par ces adhésifs naturels, une équipe d'ingénieurs du MIT a conçu de nouveaux matériaux qui pourraient être utilisés pour réparer les navires ou aider à guérir les plaies et les incisions chirurgicales.

Pour créer leurs nouveaux adhésifs étanches, les chercheurs du MIT ont conçu des bactéries pour produire un matériau hybride qui incorpore des protéines de moule naturellement collantes ainsi qu'une protéine bactérienne trouvée dans les biofilms, des couches visqueuses formées par des bactéries se développant sur une surface. Lorsqu'ils sont combinés, ces protéines forment des adhésifs sous-marins encore plus forts que ceux sécrétés par les moules.

Ce projet, décrit dans le numéro du 21 septembre de la revue Nature Nanotechnologie , représente un nouveau type d'approche qui peut être exploité pour synthétiser des matériaux biologiques à composants multiples, utilisant des bactéries comme de minuscules usines.

"L'objectif ultime pour nous est de mettre en place une plate-forme où nous pouvons commencer à construire des matériaux qui combinent plusieurs domaines fonctionnels différents et de voir si cela nous donne de meilleures performances de matériaux, " dit Timothée Lu, un professeur agrégé de génie biologique et de génie électrique et informatique (EECS) et l'auteur principal de l'article.

L'auteur principal de l'article est Chao Zhong, un ancien post-doctorant du MIT qui est maintenant à l'Université de ShanghaiTech. Les autres auteurs sont l'étudiant diplômé Thomas Gurry, étudiant diplômé Allen Cheng, Jordan Downey senior, post-doctorant Zhengtao Deng, et Collin Stultz, professeur à l'EECS.

Adhésifs complexes

La substance collante qui aide les moules à se fixer aux surfaces sous-marines est constituée de plusieurs protéines appelées protéines de pied de moule. "Beaucoup d'organismes sous-marins doivent pouvoir s'en tenir aux choses, ils fabriquent donc toutes sortes de types d'adhésifs différents que vous pourriez emprunter, " dit Lu.

Les scientifiques ont déjà conçu des bactéries E. coli pour produire des protéines individuelles de pied de moule, mais ces matériaux ne capturent pas la complexité des adhésifs naturels, dit Lu. Dans la nouvelle étude, l'équipe du MIT voulait concevoir des bactéries pour produire deux protéines différentes du pied, combinées à des protéines bactériennes appelées fibres curli - des protéines fibreuses qui peuvent s'agglutiner et s'assembler en mailles beaucoup plus grandes et plus complexes.

L'équipe de Lu a conçu des bactéries afin qu'elles produisent des protéines constituées de fibres bouclées liées soit à la protéine de pied de moule 3, soit à la protéine de pied de moule 5. Après avoir purifié ces protéines de la bactérie, les chercheurs les laissent incuber et forment des denses, mailles fibreuses. Le matériau résultant a une structure régulière mais flexible qui se lie fortement aux surfaces sèches et humides.

Les chercheurs ont testé les adhésifs en utilisant la microscopie à force atomique, une technique qui sonde la surface d'un échantillon avec une petite pointe. Ils ont découvert que les adhésifs se liaient fortement aux pointes faites de trois matériaux différents :silice, or, et polystyrène. Les adhésifs assemblés à partir de quantités égales de protéine de pied de moule 3 et de protéine de pied de moule 5 ont formé des adhésifs plus forts que ceux avec un rapport différent, ou une seule des deux protéines seules.

Ces adhésifs étaient également plus résistants que les adhésifs naturels pour moules, et ils sont les plus puissants biologiquement inspirés, adhésifs sous-marins à base de protéines signalés à ce jour, disent les chercheurs.

Plus de force adhésive

En utilisant cette technique, les chercheurs ne peuvent produire que de petites quantités d'adhésif, ils essaient donc maintenant d'améliorer le processus et de générer de plus grandes quantités. Ils prévoient également d'expérimenter l'ajout d'autres protéines de pied de moule. « Nous essayons de déterminer si, en ajoutant d'autres protéines de pied de moule, nous pouvons augmenter encore plus la force d'adhérence et améliorer la robustesse du matériau, " dit Lu.

L'équipe prévoit également d'essayer de créer des "colles vivantes" constituées de films de bactéries qui pourraient détecter les dommages causés à une surface, puis la réparer en sécrétant un adhésif.