Jedwabniki z genami pająków przędą nić mocniejszą od kevlaru

Badanie opublikowane w czasopiśmie "Matter" (DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.013) jest pierwszym, w którym z powodzeniem wytworzono nić przędną pająków przy użyciu jedwabników. Osiągnięcia te pokazują, że opracowana technika może być zastosowana do wytwarzania przyjaznej dla środowiska alternatywy dla dostępnych na rynku włókien syntetycznych, takich jak nylon.

Nić pajęcza ma bardzo dobre właściwości mechaniczne. Jest elastyczna, może rozciągać się nawet o 40 proc. bez uszczerbku. Ma też najwyższą wytrzymałość wśród naturalnych włókien. Została uznana za bardziej ekologiczną alternatywę dla włókien syntetycznych, które pochodzą z paliw kopalnych. Jednak hodowla pająków do produkcji nici jest trudna. Przede wszystkim pająki mają tendencję do zjadania się nawzajem, dlatego już samo utrzymanie hodowli nastręcza problemów. Do tego w hodowli wytwarzają one niewielką ilość nici przędnej.

By rozwiązać ten problem zespół chińskich naukowców wykorzystał technikę edycji genów CRISPR-Cas9 do genetycznych modyfikacji jedwabników tak, by produkowały nić pajęczą zamiast jedwabiu. Pomysł ten nie jest nowy. Jedwabniki są łatwe w hodowli i do tego przędą znacznie większe ilości włókien. Do tej pory kilka grup naukowców próbowało już modyfikować jedwabniki. Jednak wysiłki te nie przyniosły oczekiwanych rezultatów.

Teraz Junpeng Mi z Uniwersytetu Donghua w Chinach wraz ze współpracownikami wprowadził pajęcze geny odpowiedzialne za wytwarzania białek nici przędnej do jedwabników. Powstałe w ten sposób jedwabniki wytworzyły włókno identyczne jak nić przędna. Wyprodukowane włókno okazało się wytrzymałe na rozciąganie - około 1,3 razy mocniejsze od nylonu. Do tego energia, którą było w stanie pochłonąć pod wpływem uderzenia wyniosła 319 megadżuli na metr sześcienny, czyli sześć razy więcej od kevlaru. Do tego jedwabniki nałożyły na nić powłokę ochronną przypominającą tę wytwarzaną przez same pająki. Uczeni wskazują, że dzięki temu włókna są trwalsze i mocniejsze.

Zmodyfikowane genetycznie jedwabniki mogłyby umożliwić tanią i masową produkcję nici przędnej pająków, którą można by wykorzystać chociażby jako nici chirurgiczne lub w kamizelkach kuloodpornych. - Wyjątkowo wysoka wydajność mechaniczna włókien wytworzonych w tym badaniu jest znaczącą obietnicą. Ten rodzaj włókien można wykorzystać chociażby jako nici chirurgiczne, zaspokajając globalne zapotrzebowanie przekraczające 300 milionów zabiegów rocznie – powiedział Mi.

Zespół eksperymentował już z wykorzystaniem wyprodukowanej przez jedwabniki nici przędnej jako nici do szycia ran u gryzoni i odkrył, że te goją się szybciej niż w przypadku stosowania tradycyjnych nici nylonowych. Tego typu włókna mogą znaleźć zastosowanie również w inteligentnych materiałach, wojsku, technologii lotniczej i inżynierii biomedycznej.

Źródło: Science, New Scientist, Cell Press