Pajęczy jedwab ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie niż nylon i większą wytrzymałość niż Kevlar, przez co od dawna jest obiektem zainteresowania naukowców specjalizujących się w nowych materiałach. Teraz chińskim naukowcom udało się z powodzeniem wytworzyć białko pajęczego jedwabiu z wykorzystaniem modyfikowanych genetycznie jedwabników. Szczegóły opisano w czasopiśmie Matter.
Nowy materiał może zrewolucjonizować branżę wojskową i medyczną
Pajęczy jedwab to kusząca alternatywa dla włókien syntetycznych, które mogą uwalniać szkodliwe mikroplastiki do środowiska i często są produkowane z paliw kopalnych. Jednak zwracanie się do natury w poszukiwaniu alternatyw nie jest pozbawione wyzwań. Wcześniej opracowane procesy przędzenia sztucznego jedwabiu pajęczego wymagały nałożenia na jedwab powierzchniowej warstwy glikoprotein i lipidów, aby pomóc mu wytrzymać wilgoć i ekspozycję na światło słoneczne. Pająki robią to automatycznie ze swoimi sieciami.
Czytaj też: Ten materiał jest tani i ekologiczny. Właśnie wykorzystano go w produkcji akumulatorów
Junpeng Mi, doktorant z Donghua University, mówi:
Jedwab jedwabnika jest obecnie jedynym włóknem jedwabiu zwierzęcego komercjalizowanym na dużą skalę przy zastosowaniu ugruntowanych technik hodowli. W rezultacie wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych jedwabników do produkcji włókien jedwabiu pajęczego umożliwia tanią komercjalizację na dużą skalę.
Zespół Mi dokonał setki tysięcy mikroiniekcji do zapłodnionych jaj jedwabników, dzięki czemu wprowadził geny białek jedwabiu pajęczego do DNA jedwabników przy użyciu edycji genów CRISPR/Cas9. Mikroiniekcje stanowiły “jedno z najważniejszych wyzwań” w badaniu, ale kiedy naukowcy zobaczyli pod mikroskopem fluorescencyjnym świecące na czerwono oczy jedwabników – co oznaczało, że edycja genów się powiodła – byli szczęśliwi. Przeprowadzono dodatkowe modyfikacje białek jedwabiu pajęczego, tak aby prawidłowo wchodziły w interakcję z białkami w gruczołach jedwabnika, zapewniając właściwą strukturę włókna.
Oprócz zastosowań w inteligentnych materiałach dla wojska i lotnictwa, nowy materiał może przydać się w inżynierii biomedycznej. Ten rodzaj włókien ma potencjał jako szwy chirurgiczne, zaspokajając globalne zapotrzebowanie przekraczające 300 milionów zabiegów rocznie.
Czytaj też: Ta cząsteczka może zmienić trwałość każdego polimeru – od materiału na etui na telefony po pociski rakietowe
Chińscy uczeni planują wykorzystać wiedzę uzyskaną w bieżącym badaniu do opracowania genetycznie zmodyfikowanych jedwabników wytwarzających włókna jedwabiu pajęczego zarówno z naturalnych, jak i sztucznych aminokwasów.