Ген павука дозволяє шовкопряду вити нитки міцніше сталі

Відео: Новини науки від 10.10.2016 (графеновий шовкопряд)

Ген павука дозволяє шовкопряду вити нитки міцніше сталі. Вчені вже зібрали кілометри надміцних гнучких волокон з колонії трансгенних шовковиків, показавши можливість великомасштабного виготовлення таких ниток.





Дозрілий шовкопряд незадовго до початку плетіння кокона


«Шовкопряд може дати нам набагато більше шовку, ніж павук - павутини», говорить молекулярний біолог Малькольм Фрейзер (Malcolm Fraser) з Нотр-Жіночого Університету.

Павутина вже давно цінується як суперволокно, яке може бути використане в різноманітних областях - від виготовлення бронежилетів до хірургічних швів і «лісів» для відновлення хрящової тканини.

У минулому році в Музеї природної історії (Нью-Йорк, США) був виставлений унікальний гобелен розмірами 3,35 х 1,22 метра, створений з павутини, на збір якої у команди з 70 осіб пішло 4 роки. Над плетінням волокон для золотистої тканини потрудилося понад мільйон диких павуків. Але павуки, як правило, хижі одинаки, які на дух не переносять своїх родичів і часом не гребують канібалізмом, опинившись в їх компанії. Тому створення «павукових ферм» і масове виробництво заповітних ниток залишалися до недавнього часу неможливими.




Золотистий гобелен з павутини, на створення якого пішло 4 роки.


Вчені зі змінним успіхом намагалися налагодити виробництво павутини за допомогою бактерій, тютюну і навіть кіз. Сьогодні команда, очолювана Фрейзером, виростили колонію шовкопрядів, які дають нитки майже настільки ж міцні, як павутина. Секрет в окремих генах павука, введених в хромосоми гусениць.

Шовкопряди - природні «прядильні фабрики». Шовкові залози в їх тілі займають близько третини обсягу. За словами Фрейзера, один кокон здатний дати нитка довжиною більше кілометра. Шовкопряди були одомашнені кілька століть назад, і їх використання для комерційного виробництва шовку давно перестало бути чимось незвичайним. Але шовк набагато менш міцний, ніж павутина (чому - читайте «Шовк і павутина: Тонка різниця»). «Тепер ми зможемо виготовляти шовкові волокна з властивостями павутини в комерційних масштабах», - говорить Фрейзер.

Щоб створити трансгенних гусениць, Фрейзер і його колеги використовували мобільні ДНК-послідовності, звані транспозонами piggyBac, за допомогою яких фрагменти павукових генів були вставлені в ембріони шовкопрядів. В результаті властивості одержуваного шовку залежали від того, де закінчувалася «павукова» послідовність в хромосомі шовкопряда.

«Такі маніпуляції дозволяють отримувати волокна з різною гнучкістю, міцністю і твердістю - в залежності від планованого застосування», - говорить Фрейзер.





Вченим вдалося змусити нитки трансгенних шовкопрядів світитися зеленим


Однак не у всіх особин шовкопряда ген павука був виражений. Щоб виявити дорослих носіїв цього гена, дослідники «прикріпили» до нього червоний флуоресцентний білок (Про методи флуоресцентної маркування читайте - «Білок з підсвічуванням» і «Кому дісталося золото»), в результаті чого всі мутанти мали світяться червоні очі.

Створивши колонію трансгенних гусениць, вчені змогли отримати нитки, що досягають 80% міцності павутини, і які можна порівняти за міцністю з кевлар. Втім, павутина деяких видів павуків може бути набагато міцніше, перевершуючи кевлар в 10 разів. «На даний момент ми не отримали міцність такого порядку, але готовий посперечатися - одного разу ми зможемо домогтися і цього», говорить Фрейзер.

Прикріпивши до генам павука інший флуоресцентний білок, дослідники змусили шовк світитися зеленим. При цьому волокна зберегли всі свої властивості, що говорить про те, що вчені можуть використовувати додаткові гени без шкоди міцності, жорсткості і гнучкості. Одним з потенційних застосувань цієї особливості може стати виготовлення хірургічних ниток, які будуть стимулювати утворення звичайних клітин шкіри замість рубцевої тканини.

«Ми можемо змішувати гени, як фарби в палітрі, - говорить Фрейзер. - Ми беремо гени, що кодують необхідні властивості, комбінуємо їх, і всі вони проявляються в отриманих волокнах ».

«Це великий крок вперед, - сказав біонженер Девід Каплан (David Kaplan) з Університету Тафтса. - До появи наукових публікацій важко говорити про те, наскільки важливою і корисною виявиться розробка. Але принцип хороший, і мені було б цікаво дізнатися більше ».