Gyvasis grybas – tvari alternatyva plastikui, emulsikliams ir net baterijoms

Tvariai gaminamos, biologiškai suyrančios medžiagos yra svarbi šiuolaikinės medžiagų mokslo kryptis. Tačiau dirbant su natūraliomis medžiagomis, tokiomis kaip celiuliozė, ligninas ar chitinas, tyrėjai susiduria su kompromisu: nors šios medžiagos grynoje formoje yra biologiškai suyrančios, jų eksploatacinės savybės dažnai būna neidealios. Norint jas sustiprinti, padaryti atsparesnes ar lankstesnes, tenka naudoti cheminį apdorojimą, kuris dažnai sumažina jų tvarumą.

EMPA tyrėjai iš Celiuliozės ir medienos medžiagų laboratorijos dabar sukūrė biologiškai pagrįstą medžiagą, kuri išradingai išvengia šio kompromiso. Ji ne tik visiškai suyra natūraliai, bet ir pasižymi atsparumu plyšimui bei įvairiomis funkcionaliosiomis savybėmis. Visa tai pasiekta taikant minimalų apdorojimą ir be jokių cheminių medžiagų – ją galima netgi valgyti. Jos paslaptis: ji gyva.

Optimizuota gamtos

Kaip naujosios medžiagos pagrindą tyrėjai pasirinko skylenį kempinaitį – plačiai paplitusį valgomąjį grybą, augantį ant negyvos medienos. Mikorizė – tai šakneles primenantys grybo siūlai, kurie jau dabar aktyviai tiriami kaip potenciali medžiagų žaliava. Paprastai mikorizės siūlai – vadinami hifais – yra išvalomi ir, jei reikia, chemiškai apdorojami, o tai sukelia jau minėtą kompromisą tarp eksploatacinių savybių ir tvarumo.

EMPA tyrėjai pasirinko kitokį kelią. Vietoje to, kad apdorotų mikorizę, jie panaudojo visą organizmą. Augdamas grybas formuoja ne tik hifus, bet ir vadinamąją ekstraląstelinę matricą – įvairių siūliškų makromolekulių, baltymų ir kitų biologinių medžiagų tinklą, kurį išskiria gyvos ląstelės. „Grybas šią matricą naudoja struktūrai ir funkcionaliosioms savybėms kurti. Kodėl mums nepadarius to paties?“ – sako tyrėjas Ashutosh Sinha. „Gamtos sistema jau optimizuota“, – priduria laboratorijos vadovas Gustav Nyström.

Su šiek tiek papildomos optimizacijos tyrėjai padėjo gamtai. Iš milžiniškos skylenio kempinaičio genetinės įvairovės jie pasirinko štamą, kuris gamina itin daug dviejų specifinių makromolekulių: ilgagrandę polisacharidą šizofilianą ir į muilą panašų baltymą hidrofobiną. Dėl savo struktūros hidrofobinai kaupiasi ties polinių ir nepolinių skysčių, pavyzdžiui, vandens ir aliejaus, sąsaja. Šizofilianas – tai nanosiūlas: plonesnis nei nanometras, bet daugiau nei tūkstantį kartų ilgesnis. Kartu šios dvi biologiškai aktyvios molekulės suteikia gyvajai mikorizės medžiagai savybių, tinkamų įvairioms reikmėms.

Gyvasis emulsiklis

Tyrėjai parodė medžiagos universalumą laboratorijoje. Savo tyrime, paskelbtame žurnale Advanced Materials, jie pademonstravo dvi galimas šios gyvosios medžiagos taikymo sritis: plastikinę plėvelę ir emulsiją. Emulsijos – tai dviejų ar daugiau paprastai nesimaišančių skysčių mišiniai. Jų pavyzdžius galime rasti šaldytuve: pienas, salotų padažas ar majonezas – tai emulsijos. Taip pat ir įvairūs kosmetikos produktai, dažai bei lakai.

Pagrindinis iššūkis – stabilizuoti šias emulsijas, kad jos laikui bėgant neišsisluoksniuotų. Čia ir pasireiškia gyvosios mikorizės stiprybė: tiek šizofiliano siūlai, tiek hidrofobinai veikia kaip emulsikliai. Ir grybas toliau išskiria šias molekules. „Tai turbūt vienintelė emulsija, kuri laikui bėgant tampa stabilesnė“, sako Sinha. Tiek grybo siūlai, tiek jo išskiriamos molekulės yra visiškai netoksiškos, biologiškai suderinamos ir valgomos – skylenis kempinaitis daug kur pasaulyje vartojamas maiste. „Todėl jo panaudojimas kaip emulsiklio kosmetikos ir maisto pramonėje yra ypač įdomus“, sako Nyström.

Nuo komposto maišelių iki baterijų

Grybienos tinklas taip pat tinka klasikiniams medžiagų taikymams. Tyrėjai iš jo sukūrė tvirtas, plonas plėveles, pasižyminčias aukštu tempiamuoju stiprumu. Šį stiprumą galima dar padidinti kryptingai orientuojant grybo ir polisacharidų siūlus.

„Tai tarsi gyvasis pluoštinis kompozitas“, – sako tyrėjas Ashutosh Sinha. Grybo auginimo sąlygų keitimas leidžia valdyti medžiagos savybes, o naudojant kitas grybų rūšis galima išgauti ir skirtingas funkcijas.

Unikali savybė – mikorizė veikia ne tik kaip suyranti, bet ir kaip biodegraduojanti medžiaga. Grybas aktyviai skaido augalines atliekas, todėl vienas iš taikymų galėtų būti maišeliai, kurie patys kompostuoja juose esančias organines medžiagas.

Dar viena perspektyvi sritis – tvari elektronika. Grybienos medžiaga reaguoja į drėgmę, tad gali būti naudojama kaip biologinis jutiklis. EMPA tyrėjų komanda taip pat dirba ties visiškai suyrančia biobaterija, kurios elektrodai būtų pagaminti iš gyvo „grybinio popieriaus“.

Vertė Gintarė Grainytė

Šaltiniai:

Ashutosh Sinha, Luiz G. Greca, Nico Kummer, Ciatta Wobill, Carolina Reyes, Peter Fischer, Silvia Campioni, Gustav Nyström. Living Fiber Dispersions from Mycelium as a New Sustainable Platform for Advanced Materials. Advanced Materials, 2025; DOI: 10.1002/adma.202418464