Vlákno húseníc priadky morušovej je vďaka zmene genómu oveľa pevnejšie. Uplatniť by sa mohlo v medicíne aj v textilnom priemysle.
Vďaka šikovnej úprave génov môžu priadky morušové vyrábať pevné a silné pavúčie vlákno. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Pavúčie vlákno je pružné, pevné a odolné. Vytvoriť genetickým inžinierstvom organizmus, ktorý by dokázal vyprodukovať vlákno s takými vlastnosťami, sa ukázalo ako ťažko realizovateľné.
Zmena genetickej informácie
Chov priadky morušovej je starý tisíce rokov. Materiál, z ktorého sú jej kukly, sa využíva na výrobu hodvábu. Vlákno je však krehké a ľahko sa láme. Najpevnejšie prírodné vlákno vytvárajú pavúky, no ich chov je problematický. Kým sto priadok morušových môže byť pokope na malom priestore, v prípade pavúkov to nie je možné. Budú medzi sebou bojovať dovtedy, pokiaľ nezostanú nažive najviac dva jedince.
Kevlar je para-aramidové vlákno, ktoré vyvinula firma DuPont v roku 1965. Pôvodne malo slúžiť ako náhrada oceľových výstuží v pretekárskych pneumatikách. Vlákno má vysokú pevnosť pri zachovaní nízkej hmotnosti. Používa sa pri výrobe nepriestrelných viest, kanoe, lán a plachiet.
V snahe využiť to najlepšie z oboch živočíchov sa vedci už roky pokúšajú upraviť genóm priadky morušovej tak, aby produkovala pavúčie vlákno. Proteíny pavúčieho hodvábu sú však veľké a zodpovedajúce veľké gény sa tak ťažko vkladajú do genómov iných živočíchov.
Pavúčí hodváb
V najnovšom výskume použili odborníci editovanie génov na vytvorenie priadky morušovej, ktorá dokáže spriadať pavúčie vlákna odolnejšie ako materiál kevlar používaný napríklad pri výrobe nepriestrelných viest. Nový materiál bol opísaný v časopise Matter.
Podľa biológa Justina Jonesa, ktorý vyvíja pavúčí hodváb na Utah State University, na výskume sa však nepodieľal, ide pri tomto materiáli o vlákno s mimoriadnymi vlastnosťami. Uplatnenie by našlo pri výrobe ľahkých, ale pevných konštrukčných materiálov pre lietadlá a autá s nízkou spotrebou paliva, inovatívnych obväzov umožňujúcich rýchlejšie hojenie rán a supertenkých, no pevných stehov pri operáciách očí.
Fúzia pavúka a priadky morušovej
V novej štúdii sa biotechnológ Junpeng Mi z Donghua University a jeho kolegovia rozhodli pracovať s relatívne malým proteínom pavúčieho hodvábu. Nazýva sa MiSp a má ho pavúk Araneus ventricosus, ktorý žije vo východnej Ázii. Vedci použili genetickú metódu CRISPR, aby MiSp naviazali na miesto v géne priadky morušovej, v ktorom je kódovaný primárny hodvábny proteín priadok. Vedci však vo svojom génovom konštrukte MiSp zachovali niektoré sekvencie priadky morušovej, aby zabezpečili, že vnútorné mechanizmy húsenice budú fungovať aj s pavúčím proteínom.
Odolnejšie ako kevlar
Transgénne (geneticky modifikované) priadky morušové produkujú vlákna vyznačujúce sa vysokou pevnosťou a odolnosťou. Vlákna boli takmer také pevné ako najpevnejší prírodný pavúčí hodváb a asi šesťkrát pevnejšie ako kevlar. Podľa Jonesa je prekvapivé, že sú vlákna na báze MiSp také flexibilné. Podľa neho je tento proteín zodpovedný za pevné, nie však pružné vlákna. „Keď ho však vložíte do priadky morušovej, vznikne pružné vlákno.“
Komerčná výroba
V prípade komerčnej výroby pavúčích hodvábnych vlákien bude podľa vedcov potrebné skrížiť výskumné hodvábnice s komerčnými kmeňmi, ktoré sa používajú na pestovanie hodvábu vo veľkom. Podľa Junpenga Mi by vlákna, ktoré sú biologicky odbúrateľné, mohli nájsť prvé využitie v chirurgických stehoch.
Jones poznamenáva, že pri komercializácii pavúčieho hodvábu by mohlo byť náročné chrániť práva duševného vlastníctva, pretože by to pravdepodobne znamenalo distribúciu transgénnych vajíčok priadky morušovej mnohým poľnohospodárom. Podľa jeho slov je tiež potrebné prísť na to, či vložené gény pri chove priadky morušovej pretrvajú.
Nadväzujúci výskum
V ďalšom výskume chce biotechnológ Junpeng Mi zistiť, či sa mu podarí vytvoriť priadku morušovú, ktorá bude schopná vytvoriť ešte pevnejší a pružnejší pavúčí hodváb. Uvažuje o navrhovaní hodvábnych proteínov obsahujúcich neprirodzené aminokyseliny, čo má podľa neho „neobmedzený“ potenciál umožňujúci vytvoriť hodváb s celkom novými vlastnosťami – možno bude ešte odolnejší a pevnejší.
Zdroj: Science
(zh)
