Из вирусов сделают... краску

Американские ученые придумали весьма необычную краску. Она состоит из… вирусных частиц! Дело в том, что капсулы вирусов, хоть сами по себе и являются бесцветными, тем не менее, способны поглощать одни световые волны и отражать другие. В результате этого поверхность, на которую они нанесены, приобретает окраску, которая не выцветает со временем.

Фото:

С древних времен люди использовали самые разнообразные красители, которые изготовлялись из организмов живых существ — растений и животных. Взять хотя бы индигоферу (Indigofera), кустарник из Южной Америки, из листьев которого получали синюю краску, — за обладание территорией, на которой обитали эти растения, устраивались весьма кровавые войны между индейскими племенами. А в античном Средиземноморье такие же постоянные войны вспыхивали из-за островов, вблизи которых обитали моллюски Murex brandaris, Hexaplex trunculus и Thais haemastoma.

Природа одарила этих морских улиток особой железой (она находится в мантии, на стенке жаберной полости), которая вырабатывает пурпур. Именно за обладание этим красителем, который в Греции, Малой Азии, а позже и в Риме считался самым ценным (ведь пурпурные одежды могли позволить себе только знатные и богатые люди), и шла постоянная борьба древних средиземноморских цивилизаций. Стоил пурпур очень дорого. Еще бы, ведь для того, чтобы получить краситель, нужно было извлечь тело моллюска из раковины, вымочить в соляном растворе, а затем десять дней кипятить. Сил и времени уходило много, а эффект был весьма низким — из десяти тысяч улиток получался всего лишь один грамм краски.

И хотя с XIX века, когда началась эпоха массового производства синтетических красителей, все эти "войны за краску" ушли в прошлое, интерес к красителям, которые сделаны на основе пигментов живых организмов до сих пор весьма велик. В частности, химики до сих пор пытаются найти способ сделать их более долговечными — ведь, увы, краски, приготовленные из таких "живых" красителей достаточно быстро выцветают. И вот недавно ученые из Университета Калифорнии в Беркли (США) предложили весьма оригинальное решение данной проблемы. Они предлагают использовать для окраски пигменты… вирусов!

Вообще-то, окрашенных пигментов у этих мельчайших живых организмов не имеется — все вирусы бесцветны. Однако белки их оболочек способны поглощать одни световые волны и отражать другие (точно так же это делают и пигменты). Согласно предположению исследователей, если собрать на плоской поверхности множество мельчайших вирусных частиц и сложить из них определенную структуру, то она сразу же окрасится в требуемый цвет.

Собственно говоря, подобный способ окраски (когда само вещество бесцветно, но благодаря тому, что оно образует сложные структуры, поглощающие одни волны и отражающие другие, создается своеобразная "окраска") весьма распространен в природе. Так, например, голубой цвет клювов некоторых уток, синие морда и зад забавных обезьян мандрилов (Mandrillus sphinx) обязаны своей расцветкой соединительнотканному белку коллагену, который сам по себе бесцветен. Однако, как выяснили химики еще в прошлом столетии, складываясь в упорядоченные структуры, коллаген приобретает способность по-разному отражать световые волны.

Интересно также, что на разных уровнях организации данных структур (в частности, сначала нити белка объединяются в "канаты", а эти "канаты", в свою очередь, —веще более сложные пучки, напоминающие "морские узлы") он обладает и разными оптическими свойствами, то есть отражает и поглощает волны разной длины. Выходит, что "коллагеновая" окраска зависит от того, как именно структурирован этот белок, — те же "канаты" дают синий цвет, одни "морские узлы" — красный, другие — фиолетовый и т.п.

Так вот, американские ученые решили воссоздать в искусственных условиях такой же способ окраски, однако вместо "сырья" они решили использовать капсулы бактериофага М13 (бактериофаг — это вирус, паразитирующий в бактериях). Дело в том, что, по наблюдениям биологов, палочковидные частицы этого вируса могут образовывать сложные структуры, напоминающие переплетенные нити коллагена. Более того, находясь в растворе, капсулы М13 способны складываться в различные структуры — спирали, листы, узлы и другого вида кластеры.

Исследователям удалось "заморозить" такой вирусный "кристалл". Для этого они погружали в раствор с вирусом стеклянную пластинку, а потом медленно вынимали ее обратно. При этом самые разнообразные силы и взаимодействия, имеющие место на границе между воздухом, стеклом и жидкостью (такие как испарение, силы поверхностного натяжения и взаимодействие частиц вируса с жидкостью), начинали "складывать" из хаотичного скопления миллиардов вирусных частиц замысловатые структуры.

В итоге стеклянная поверхность покрывалась тонким слоем упорядоченных вирусных частиц, причем все созданные структуры выглядели по-разному — в виде перекрученных канатов или же напоминая волнообразную поверхность пачки сухой лапши. Кроме того, ученые, изменяя скорость подъема пластинки из раствора и концентрацию вируса в самой жидкости, смогли повлиять на прочность связи вирусных частиц между собой и на способ их укладки на пластинке. А от этого, соответственно, менялись и оптические свойства получившегося покрытия.

К примеру, если пластинку вынимали из раствора медленно, а концентрация вируса была высокой, то поверхность приобретала радужные переливы, изменяя цвет в зависимости от угла падения света. При быстром же изъятии пластинки покрытие из бактериофагов становилось похоже на быстрорастворимую сухую лапшу, а цвет самой пластинки был неизменен. Экспериментаторам удалось таким образом получить красный, синий, зеленый и желтый цвета. И, по их утверждению, это еще не предел!

Как пишут исследователи в статье, опубликованной в журнале Nature, данный способ окрашивания выгодно отличается от традиционного пигментного, где стойкость цвета зависит от стабильности химических связей внутри красящего вещества — ведь именно их нарушение и ведет к выцветанию краски. А в случае с "вирусным окрашиванием" такой опасности нет, поскольку структура покрытия, раз образовавшись, сохраняется достаточно долгое время и не распадается (правда, это не значит, что ее ничем невозможно повредить).

Тем не менее, не совсем ясно, будут ли вирусные частицы столь же хорошо держаться на других поверхностях — например, на тканях. Исследователи лишь считают, что новый метод окраски пока что можно применять при окрашивании ногтей — ведь поверхность последнего весьма близка по свойствам к стеклянной пластинке. Так что не исключено, что в ближайшем будущем возбудители СПИДа, гепатита, герпеса и лихорадки Дэнге массово "переквалифицируются" в красители, применяемые при маникюре.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"