Genetically Modifying the Protein Matrix of Macroscopic Living Materials to Control Their Structure and Rheological Properties

流变学 基质(化学分析) 基因工程 计算生物学 材料科学 生化工程 生物 工程类 遗传学 复合材料 基因
作者
Esther M. Jimenez,Carlson Nguyen,Ahmad Shakeel,Robert F. Tesoriero,Marimikel Charrier,Alanna Stull,Caroline M. Ajo‐Franklin
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 3936-3947 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssynbio.4c00336
摘要

The field of engineering living materials (ELMs) seeks to engineer cells to form macroscopic materials with tailorable structures and properties. While the rheological properties of ELMs have been altered using synthetic biology methodology, the relationships connecting their sequence, structural, and rheological properties remain to be elucidated. Recently, our lab created centimeter-scale ELMs from Caulobacter crescentus that offer a platform to investigate this paradigm. Here, we explore how changing the elastin-like polypeptide (ELP) length within the protein matrix of this ELM impacts its microstructure and viscoelastic behavior. We demonstrate that shortening ELP produces fibers almost 2× thicker than other variants, resulting in a stiffer material at rest. Interestingly, the midlength ELP forms a complex structure with globules and multidirectional fibers with increased yield stress under flow conditions. Lengthening ELP creates thinner strands between cells with similar storage and loss moduli to those of the midlength ELP. This study begins to elucidate sequence-structure-property relationships in these ELMs and shows that they are complex with few parallels to other biocomposite models. Furthermore, it highlights that fine-tuning genetic sequences can create significant differences in rheological properties, uncovering new design principles of ELMs.
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