Οι τροποποιημένοι μεταξοσκώληκες μπορούν να παράγουν μετάξι αράχνης ισχυρότερο από το Kevlar
Οι ερευνητές πίεσαν τους κοινούς μεταξοσκώληκες να κλώσουν ένα πιο ανθεκτικό, πιο φιλικό προς το περιβάλλον μετάξι αράχνης – το μόνο που χρειάστηκε ήταν μερικές γενετικές τροποποιήσεις και εκατοντάδες χιλιάδες μικροενέσεις αυγών μεταξοσκώληκα.
Τα συνθετικά εμπορικά υφάσματα όπως το νάιλον είναι
διαβόητα επιβλαβή για το περιβάλλον
λόγω του αποτυπώματος άνθρακα από τις διαδικασίες παραγωγής τους, καθώς και της τάσης τους να αποβάλλουν μικροπλαστικά κατά τη διάρκεια των κύκλων πλύσης. Αν και οι φυσικές εναλλακτικές λύσεις όπως το μετάξι της αράχνης είναι απίστευτα ελκυστικές, η εκτροφή αράχνων σε βιομηχανική κλίμακα είναι δύσκολη λόγω των συγκριτικά χαμηλών ρυθμών παραγωγής τους, καθώς και της τάσης τους να τρώνε η μία την άλλη.
Τι θα γινόταν όμως αν ένα άλλο πλάσμα μπορούσε να παράγει φαινομενικά το ίδιο υλικό χύμα, χωρίς όλο τον κανιβαλισμό; Η ομάδα του Junpeng Mi στο Πανεπιστήμιο Donghua στο Chinadid κινείται προς αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό επεξ
εργασία
ς γονιδίων CRISPR και καθοδηγούμενων αλλαγών αυγών, δημιουργώντας μεταξοσκώληκες που περιστρέφουν μετάξι πανομοιότυπο με τους αραχνοειδείς. Όπως περιγράφεται λεπτομερώς στο έγγραφό τους που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο
Υλη
οι ανακαλύψεις της ομάδας έχουν δημιουργήσει ίνες που οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι είναι ήδη έξι φορές πιο σκληρές από το αλεξίσφαιρο Kevlar.
[Related:
A new kind of Kevlar aims to stop bullets with less material
.
]
Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν βελτιώσει την ανθεκτικότητα του παραδοσιακού μεταξιού, καθώς και δημιούργησαν τεχνητό μετάξι αράχνης. Ακόμα κι έτσι, οι διαδικασίες
κατασκευή
ς του τελευταίου δεν ήταν εξαιρετικές στην εφαρμογή ενός ζωτικού επιφανειακού στρώματος λιπιδίων και γλυκοπρωτεϊνών για να βοηθήσουν το μετάξι να αντέχει στο φως του ήλιου και την υγρασία.
Η ομάδα του Mi είναι η πρώτη που δημιούργησε μεταξοσκώληκες των οποίων οι εκκρίσεις είναι φαινομενικά πανομοιότυπες με το υλικό του ιστού της αράχνης.
«Το μετάξι της αράχνης αποτελεί στρατηγικό πόρο που χρειάζεται επειγόντως εξερεύνηση», είπε ο Μι σε μια
Δήλωση της 20ης Σεπτεμβρίου
. «Η εξαιρετικά υψηλή μηχανική απόδοση των ινών που παράγονται σε αυτή τη μελέτη υπόσχεται σημαντικά σε αυτόν τον τομέα. Αυτός ο τύπος ίνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χειρουργικά ράμματα, καλύπτοντας μια παγκόσμια ζήτηση που υπερβαίνει τις 300 εκατομμύρια επεμβάσεις ετησίως».
[Related: Silkworm-inspired weaving techniques can produce better nanofibers.]
Για να δημιουργήσουν τις ίνες τους μεταξοσκώληκα-αράχνης, ο Mi και οι συνεργάτες τους ερευνητές εμφύτευσαν πρώτα γονίδια πρωτεΐνης μεταξιού αράχνης από
Araneus ventricosus
, μια αράχνη της Ανατολικής
Ασία
ς που πλέκει σφαίρες, σε DNA μεταξοσκώληκα. Από εκεί, η ομάδα τροποποίησε περαιτέρω τη γενετική σύνθεση για να εξασφαλίσει ότι οι μεταμοσχευμένες πρωτεΐνες συνεργάζονται με τους αδένες του μεταξοσκώληκα για να παράγουν σωστά κλωσμένες ίνες.
Τα
αποτελέσματα
ξεπέρασαν τις ελπίδες της ομάδας, προσφέροντας ένα μείγμα υψηλής αντοχής σε εφελκυσμό και σκληρότητας μαζί με πολύ μεγαλύτερη ευελιξία από ό,τι αναμενόταν. Σύμφωνα με την ομάδα του Mi, οι νέες μέθοδοι κατασκευής μεταξιού θα μπορούσαν να ενισχύσουν τις εξελίξεις στη βιοϊατρική μηχανική, την αεροδιαστημική τεχνολογία, τις στρατιωτικές δυνατότητες και άλλα έξυπνα υλικά.
«Αυτή η έννοια της «τοπικοποίησης», που εισήχθη σε αυτή τη διατριβή, μαζί με το προτεινόμενο ελάχιστο δομικό μοντέλο, αντιπροσωπεύει μια σημαντική απόκλιση από την προηγούμενη έρευνα», είπε ο Μι στη δήλωσή τους. «Είμαστε βέβαιοι ότι η εμπορευματοποίηση μεγάλης κλίμακας είναι στον ορίζοντα».
