Κινέζοι επιστήμονες κατάφεραν να συνθέσουν μετάξι αράχνης από γενετικά τροποποιημένους μεταξοσκώληκες, παράγοντας ίνες πολύ ισχυρότερες από το Κέβλαρ (Kevlar). Η πρωτοποριακή μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 20 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό «Matter», παρουσιάζει μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση στις συνθετικές ίνες. Τα ευρήματα έχουν άπειρες εφαρμογές: από τα χειρουργικά ράμματα μέχρι την αεροδιαστημική τεχνολογία και τη βιοϊατρική.
Οι ερευνητές συνέθεσαν μετάξι αράχνης από γενετικά τροποποιημένους μεταξοσκώληκες, παράγοντας ίνες έξι φορές πιο σκληρές από το Kevlar που χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, στα αλεξίσφαιρα γιλέκα. Είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες κατάφεραν να φτιάξουν πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης, πλήρους μήκους, χρησιμοποιώντας μεταξοσκώληκες. Από τα ευρήματα της μελέτης προκύπτει μια τεχνική που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας φιλικής προς το περιβάλλον εναλλακτικής λύσης έναντι των συνθετικών ινών που χρησιμοποιούνται από διάφορες βιομηχανίες, όπως το νάιλον.
«Το μετάξι μεταξοσκώληκα είναι επί του παρόντος η μόνη ζωική ίνα μεταξιού που διατίθεται στο εμπόριο σε μεγάλη κλίμακα, με καθιερωμένες τεχνικές εκτροφής», δήλωσε ο Junpeng Mi, υποψήφιος διδάκτορας στο Κολέγιο Βιολογικής Επιστήμης και Ιατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Donghua και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Συνεπώς, η χρήση γενετικά τροποποιημένων μεταξοσκώληκων για την παραγωγή ινών μεταξιού αράχνης επιτρέπει την εμπορευματοποίηση χαμηλού κόστους και μεγάλης κλίμακας» πρόσθεσε.
Η βιωσιμότητα του μεταξιού της αράχνης
Οι επιστήμονες «ποντάρουν» πολλά στο μετάξι της αράχνης, καθώς εκτιμούν πως είναι μια εξαιρετική, βιώσιμη εναλλακτική λύση για τις συνθετικές ίνες, οι οποίες μπορούν να απελευθερώσουν επιβλαβή μικροπλαστικά στο περιβάλλον και συχνά παράγονται από ορυκτά καύσιμα που ευθύνονται για εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Ωστόσο, υπάρχουν δυσκολίες στο να στραφεί κανείς στη φύση για εναλλακτικές λύσεις. Στο παρελθόν, σε μεθόδους που είχαν αναπτυχθεί για την κλώση του τεχνητού μεταξιού αράχνης καταγράφηκαν δυσκολίες στην εφαρμογή ενός επιφανειακού στρώματος γλυκοπρωτεϊνών και λιπιδίων στο μετάξι προκειμένου να το βοηθήσουν να αντέξει στην υγρασία και την έκθεση στο φως του ήλιου. Πρόκειται για ένα αντιγηραντικό «στρώμα δέρματος» που κατασκευάζουν οι αράχνες στους ιστούς τους.
«Οι γενετικά τροποποιημένοι μεταξοσκώληκες προσφέρουν μια λύση σε αυτό το πρόβλημα», αναφέρει ο Mi, εξηγώντας ότι οι μεταξοσκώληκες επικαλύπτουν τις δικές τους ίνες με ένα παρόμοιο προστατευτικό στρώμα.
Ο Mi υπογραμμίζει την ανάγκη να εξερευνηθεί ο τρόπος με τον οποίο μπορεί να αξιοποιηθεί το μετάξι της αράχνης, σημειώνοντας πως η εξαιρετικά υψηλή μηχανική απόδοση των ινών που παράχθηκαν σε αυτή τη μελέτη είναι πολλά υποσχόμενη για τις εξελίξεις στον κλάδο.
«Αυτός ο τύπος ίνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε χειρουργικά ράμματα, καλύπτοντας έτσι την παγκόσμια ζήτηση που υπερβαίνει τις 300 εκατομμύρια επεμβάσεις ετησίως».
Οι ίνες από μετάξι αράχνης θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία πιο άνετων ρούχων και καινοτόμων τύπων αλεξίσφαιρων γιλέκων και μπορεί να έχουν εφαρμογές σε έξυπνα υλικά, τον στρατό, την αεροδιαστημική τεχνολογία και τη βιοϊατρική μηχανική.
Η διαδικασία σύνθεσης και οι δυσκολίες
Για να φτιάξουν μετάξι αράχνης από μεταξοσκώληκες, ο Mi και η ομάδα του εισήγαγαν γονίδια πρωτεΐνης μεταξιού αράχνης στο DNA των μεταξοσκωλήκων έτσι ώστε να εξαχθεί στους αδένες τους, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό τεχνολογίας επεξεργασίας γονιδίων CRISPR-Cas9 και εκατοντάδων χιλιάδων μικροενέσεων σε γονιμοποιημένα αυγά μεταξοσκώληκα.
Οι μικροενέσεις αποτελούσαν «μία από τις πιο σημαντικές προκλήσεις» στη μελέτη, σύμφωνα με τον Mi, ο οποίος ενθουσιάστηκε όταν είδε τα μάτια των μεταξοσκωλήκων να γίνονται κόκκινα κάτω από το μικροσκόπιο φθορισμού, καθώς αυτό αποτελούσε ένα σημάδι ότι η επεξεργασία γονιδίων ήταν επιτυχής. Ο Mi πήγε τρέχοντας στο γραφείο του καθηγητή Meng Qing για να του πει τι συνέβη, και, όπως λέει, αυτή η νύχτα θα του μείνει αξέχαστη.
Οι ερευνητές χρειάστηκαν επίσης να πραγματοποιήσουν κάποιες τροποποιήσεις στις διαγονιδιακές πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης, έτσι ώστε να αλληλεπιδρούν σωστά με τις πρωτεΐνες στους αδένες του μεταξοσκώληκα, διασφαλίζοντας ότι η ίνα θα περιστρέφεται σωστά. Στο πλαίσιο αυτό, η ομάδα ανέπτυξε ένα «βασικό δομικό μοντέλο» μεταξιού μεταξοσκώληκα.
Οι προοπτικές
«Είμαστε βέβαιοι ότι η εμπορευματοποίηση μεγάλης κλίμακας είναι στον ορίζοντα», αναφέρει ο Mi, ο οποίος αποκαλύπτει τα σχέδιά του για το μέλλον. Όπως λέει, σκοπεύει να χρησιμοποιήσει πληροφορίες για την σκληρότητα και τη δύναμη των ινών από μετάξι αράχνης που αναπτύχθηκαν σε αυτή τη μελέτη για να αναπτύξει γενετικά τροποποιημένους μεταξοσκώληκες που παράγουν ίνες μεταξιού αράχνης τόσο από φυσικά όσο και από κατασκευασμένα αμινοξέα.
«Η εισαγωγή περισσότερων από εκατό κατασκευασμένων αμινοξέων έχει απεριόριστες δυνατότητες για ίνες, κατασκευασμένες από μετάξι αράχνης», τονίζει ο Mi.
