Čínski vedci úspešne syntetizovali pavúčí hodváb z geneticky modifikovaných priadky morušovej, čím vytvorili vlákno oveľa silnejšie ako kevlar. uverejnené v časopise Prípad, Táto prelomová štúdia demonštruje potenciálnu ekologickú alternatívu ku komerčným syntetickým vláknam. Zistenia majú široké dôsledky, od chirurgických stehov až po inovácie vo vojenskej, leteckej a biomedicínskej oblasti.
Vedci v Číne vyvinuli metódu výroby pavúčieho hodvábu z geneticky modifikovaných priadky morušovej, ktorá ponúka silnú a udržateľnú alternatívu k syntetickým vláknam s aplikáciami v rôznych priemyselných odvetviach.
Výskumníci syntetizovali pavúčí hodváb z geneticky modifikovaných priadky morušovej, čím vytvorili vlákno šesťkrát silnejšie ako kevlar používaný v nepriestrelných vestách. Štúdia bola publikovaná v časopise 20. septembra PrípadPrvý úspešne produkoval proteín pavúčieho hodvábu plnej dĺžky pomocou priadky morušovej. Zistenia demonštrujú technológiu, ktorú možno použiť na výrobu ekologickej alternatívy k syntetickým komerčným vláknam, ako je nylon.
„Hodváb priadky morušovej je v súčasnosti jediným živočíšnym hodvábnym vláknom, ktoré sa vo veľkom rozsahu komercializovalo s dobre zavedenými technikami chovu,“ povedal Mi. „Výsledkom je, že použitie geneticky modifikovaných priadky morušovej na výrobu pavúčieho hodvábneho vlákna umožňuje nízkonákladovú komercializáciu vo veľkom meradle.“
Obrázok núteného navinutého hodvábu. Poďakovanie: Junpeng Mi
stabilita pavúčieho hodvábu
Vedci považujú pavúčí hodváb za atraktívnu udržateľnú alternatívu k syntetickým vláknam, ktoré môžu uvoľňovať škodlivé mikroplasty do životného prostredia a často pochádzajú z fosílnych palív, ktoré vytvárajú emisie skleníkových plynov. Obrátenie sa na alternatívy k prírode však nie je bez problémov. Predtým vyvinuté procesy na spriadanie umelého pavúčieho hodvábu mali problém naniesť na hodváb povrchovú vrstvu glykoproteínov a lipidov, aby mu pomohli odolať vlhku a slnečnému žiareniu – efekt „akoby“ proti starnutiu pokožky. Vrstva, ktorú si pavúky nanášajú weby.
MI hovorí, že geneticky modifikované priadky morušové ponúkajú riešenie tohto problému, pretože priadky morušové pokrývajú svoje vlastné vlákna podobnou ochrannou vrstvou.
„Pavúčí hodváb vyniká ako strategický zdroj, ktorý naliehavo potrebuje prieskum,“ povedal Junpeng Mi, kandidát na doktorandské štúdium na Vysokej škole biologických vied a lekárskeho inžinierstva na univerzite Donghua a prvý autor štúdie. „Výnimočne vysoký mechanický výkon vlákien vyrobených v tejto štúdii má v tejto oblasti významný potenciál. Tento typ vlákna sa môže použiť ako chirurgické stehy, čím sa pokryje celosvetový dopyt viac ako 300 miliónov zákrokov ročne.
Mi hovorí, že vlákna pavúčieho hodvábu by sa mohli použiť aj na výrobu pohodlnejšieho oblečenia a inovatívnych typov nepriestrelných búnd a môžu mať uplatnenie v inteligentných materiáloch, vojenskej, leteckej a kozmickej technológii a biomedicínskom inžinierstve.
Hodvábne vlákna produkované transgénnymi priadkami morušovými. Poďakovanie: Junpeng Mi
Proces syntézy a výzvy
Na spriadanie pavúčieho hodvábu z priadky morušovej Mi a jeho tím začlenili proteínové gény pavúčieho hodvábu do dna priadky morušovej, aby sa mohla exprimovať v ich žľazách do oplodnených vajíčok priadky morušovej pomocou kombinácie technológie úpravy génov CRISPR-Cas9 a stoviek tisíc mikroinjekcií. Mikroinjekcia predstavovala „jednu z najvýznamnejších výziev“ v štúdii, povedal Mi, ale keď videl, že oči priadky morušovej žiaria pod fluorescenčným mikroskopom na červeno – čo je znakom toho, že úprava génov bola úspešná – bol nadšený.
„Tancoval som a prakticky som bežal do kancelárie profesorky Meng Qing, aby som sa podelil o tento výsledok,“ povedal Mi. „Dobre si pamätám tú noc, pretože to vzrušenie mi nedalo spať.“
Výskumníci tiež potrebovali vykonať „lokalizačné“ úpravy na proteínoch transgénneho hodvábu pavúka, aby mohli správne interagovať s proteínmi v žľazách priadky morušovej, čím sa zabezpečí, že sa vlákno bude správne točiť. Na usmernenie úprav tím vyvinul „model minimálnej základnej štruktúry“ hodvábu priadky morušovej.
Mi hovorí: „Koncept ‚lokalizácie‘ zavedený s minimálnym štrukturálnym modelom navrhnutým v tejto práci predstavuje významný odklon od predchádzajúceho výskumu.“ „Veríme, že komercializácia vo veľkom meradle je na obzore.“
vyhliadky do budúcnosti
V budúcnosti Mi plánuje využiť poznatky o húževnatosti a sile vlákien pavúčieho hodvábu vyvinuté v súčasnej štúdii na vývoj geneticky modifikovaných húseníc priadky morušovej, ktoré produkujú prírodné aj upravené vlákna pavúčieho hodvábu. Are. aminokyseliny,
„Zavedenie viac ako stovky umelých aminokyselín ponúka neobmedzené možnosti pre umelé vlákna pavúčieho hodvábu,“ hovorí Mi.
Odkaz: „Vysoko pevné a ultrapevné celé vlákno pavúka zozbierané z transgénneho priadky morušovej“ od Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Jingping Zhou, Shuying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongyan Zhu, Suyang Wang. Luang Tian a Qing Meng, 20. septembra 2023, Prípad,
DOI: 10.1016/j.mat.2023.08.013
Táto práca bola podporovaná Národnou nadáciou pre prírodné vedy v Číne, kľúčovými projektmi komisie pre vedu a techniku mesta Šanghaj, projektmi medzinárodnej spolupráce komisie pre vedu a technológiu mesta v Šanghaji a fondmi základného výskumu pre centrálne univerzity.
