Mătasea de păianjen este filată de viermi de mătase pentru prima dată, oferind o alternativă verde la fibrele sintetice

Oamenii de știință din China au reușit să producă mătase de păianjen din viermi de mătase modificați genetic, producând o fibră de șase ori mai puternică decât fibra Kevlar folosită în vestele antiglonț.

Studiul a fost publicat pe 20 septembrie în jurnal Temă, a fost primul care a produs cu succes proteine ​​​​de mătase de păianjen de lungime completă folosind viermi de mătase. Rezultatele demonstrează o tehnologie care poate fi utilizată pentru a produce o alternativă ecologică la fibrele sintetice comerciale, cum ar fi nailonul.

„Mătasea de viermi de mătase este în prezent singura fibră de mătase animală comercializată pe scară largă, cu tehnici de reproducere bine stabilite”, a spus Mei. „Prin urmare, utilizarea viermilor de mătase modificați genetic pentru a produce fibre de mătase de păianjen permite comercializarea la scară largă și la costuri reduse.”

Oamenii de știință consideră mătasea de păianjen ca o alternativă atractivă și durabilă la fibrele sintetice, care pot elibera microplastice dăunătoare în mediu și sunt adesea produse din combustibili fosili care generează emisii de gaze cu efect de seră. Dar apelarea la natură pentru alternative nu este lipsită de provocări.

Procesele dezvoltate anterior pentru filarea mătăsii sintetice de păianjen s-au luptat să aplice un strat de suprafață de glicoproteine ​​și lipide pe mătase pentru a o ajuta să reziste la umiditate și expunerea la lumina soarelui – un „strat de piele” anti-îmbătrânire pe care păianjenii îl aplică pe pânzele lor.

Mee spune că viermii de mătase modificați genetic oferă o soluție la această problemă, deoarece viermii de mătase își acoperă fibrele cu un strat protector similar.

„Mătasea de păianjen este o resursă strategică care are nevoie urgentă de explorare”, a spus Junpeng Mei, Ph.D. candidat la Colegiul de Științe Biologice și Inginerie Medicală de la Universitatea Donghua și primul autor al studiului.

„Performanța mecanică excepțional de ridicată a fibrelor produse în acest studiu este foarte promițătoare în domeniu. Acest tip de fibre poate fi folosit ca suturi chirurgicale, satisfacând o cerere globală de peste 300 de milioane de operații pe an”.

Fibrele de mătase de păianjen ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a face îmbrăcăminte mai confortabilă și tipuri inovatoare de veste antiglonț, spune Mei, și pot avea aplicații în materiale inteligente, armata, tehnologia aerospațială și inginerie biomedicală.

Pentru a roti mătasea de păianjen din viermi de mătase, Mei și echipa sa au introdus gene de proteine ​​​​de mătase de păianjen în ADN-ul viermilor de mătase, astfel încât acestea să fie exprimate în glandele lor folosind o combinație de tehnologie de editare a genelor CRISPR-Cas9 și sute de mii de microinjecții în ouă de viermi de mătase fertilizate. . .

Mei a spus că ICSI a reprezentat „una dintre cele mai importante provocări” în studiu, dar când a văzut ochii viermilor de mătase strălucind în roșu la un microscop cu fluorescență – un semn al editării genelor de succes – a fost încântat.

De asemenea, cercetătorii au trebuit să facă modificări de „localizare” la proteinele din mătase de păianjen modificate genetic, astfel încât acestea să interacționeze corect cu proteinele din glandele viermilor de mătase, asigurându-se că fibrele au fost filate corect. Pentru a ghida modificările, echipa a dezvoltat un „model structural de bază în miniatură” de mătase de viermi de mătase.

„Conceptul de „localizare”, introdus în această teză, împreună cu modelul structural simplu propus, reprezintă o abatere semnificativă de la cercetările anterioare”, spune Mee. „Suntem încrezători că comercializarea pe scară largă este la orizont.”

În viitor, Mei plănuiește să folosească informațiile despre rigiditatea și rezistența fibrelor de mătase de păianjen dezvoltate în studiul actual pentru a dezvolta viermi de mătase transgenici care produc fibre de mătase de păianjen din aminoacizi naturali și artificiali.

„Introducerea a peste o sută de aminoacizi deține un potențial nelimitat pentru fibrele de mătase de păianjen”, spune Mei.