Бионичните копринени буби с гени на паяк предат влакна 6 пъти по-здрави от кевлара

Сподели

За първи път учени успешно са произвели влакна от паяжина от паяжина с пълна дължина, използвайки генетично модифицирани копринени буби. С висока здравина и издръжливост, тази коприна има потенциала да осигури мащабируема, устойчива и по-качествена алтернатива на настоящите синтетични влакна като найлон.

„Копринената буба в момента е единственото животинско копринено влакно, комерсиализирано в голям мащаб, с добре установени техники за отглеждане“, каза първият автор Джунпенг Ми, изследовател в Колежа по биологични науки и медицинско инженерство, Университет Донгуа, Китай. „Следователно, използването на генетично модифицирани копринени буби за производство на влакна от паяжина коприна позволява евтина, широкомащабна комерсиализация.“

Влакната, от които копринените буби изграждат своите пашкули, се култивират от хиляди години, но въпреки че са в изобилие, те са известни с крехкостта си. Междувременно паяците произвеждат завидно здрава и здрава коприна, но култивирането й в какъвто и да е мащаб е недостижимо. „Канибалската природа на паяците“, отбелязват изследователите, прави невъзможно настаняването на паяци заедно без битка до смърт на почти всички животни.

Това най-ново проучване може да бъде най-доброто от двата свята и да промени играта в търсенето на устойчиво производство на този неуловим естествен материал. Учените се опитват да усъвършенстват тази бионична „рецепта“ повече от десетилетие.

За да създадат копринена буба с уникални сетива за паяк, Ми и колегите се фокусираха върху малък копринен протеин от Araneus ventricosus, паяк, тъкащ кълба, открит в Източна Азия. Използвайки CRISPR-Cas9, протеинът MiSp беше вмъкнат в ДНК на копринената буба, на мястото на гена, който кодира основния протеин на копринената буба.

Учените са успели също така да постигнат „локализация“, като генът е успешно активиран в ДНК на копринената буба, без да се намесва в други аспекти на производството на естествена коприна на животното.

„Тази концепция за „локализация“, въведена в тази теза, заедно с предложения минимален структурен модел, представлява значително отклонение от предишни изследвания“, казва Ми. „Ние сме убедени, че мащабна комерсиализация е на хоризонта.“

Получените влакна надхвърлиха очакванията на изследователите, съчетавайки висока якост на опън (1299 MPa) и издръжливост (319 MJ/m3). Не само това, влакната бяха много по-гъвкави от очакваното; протеинът MiSp е по-известен с производството на коприна, която е здрава, но не еластична.

„Паяковата коприна е стратегически ресурс, който спешно се нуждае от проучване“, каза Ми. „Изключително високата механична производителност на влакната, произведени в това проучване, има значително обещание в тази област. Този тип влакна могат да се използват като хирургически конци, отговаряйки на глобалното търсене, надхвърлящо 300 милиона процедури годишно.

Новите влакна имат широк търговски потенциал, включително в интелигентни материали за военните, космическата технология, биомедицинското инженерство и облеклата. Произведената коприна е шест пъти по-здрава от кевлара, използван в бронираните жилетки.

Сега изследователите планират да разработят генетично модифицирани копринени буби, които произвеждат влакна от паяжина от естествени и създадени аминокиселини.

„Въвеждането на над сто инженерни аминокиселини притежава безграничен потенциал за инженерни влакна от паякообразна коприна“, каза Ми.

Изследването е публикувано в списанието материя.

източник: Университет Донгуа чрез EurekAlert



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели