Мир природы полон полезных материалов и организмов, которые вдохновляют эти проекты. Ученых всегда интересовали удивительные свойства паучьего шелка, и теперь они успешно получили его из другого вида — скромного тутового шелкопряда. Исследование опубликовано в Matter.
Раньше синтетическим материалам часто приходилось искать компромисс между высокой прочностью на разрыв и ударной вязкостью: прочность на разрыв — это величина напряжения, которое материал может выдержать при растяжении перед разрушением, а ударная вязкость указывает, какая сила удара потребуется, чтобы расколоть материал. Например, обычно изготавливаемые волокна, такие как нейлон, обладают более высокой прочностью, а кевлар обладает превосходной прочностью на разрыв.
Паучий шелк, обладающий потрясающими свойствами, включая исключительную прочность и легкий вес, одновременно прочнее нейлона и жестче кевлара, но его чрезвычайно трудно производить массово. В первую очередь это связано с тем, что пауки плохо уживаются с другими и имеют тенденцию поедать друг друга, что затрудняет крупномасштабное производство путем выращивания пауков.
Ученые также не до конца понимают, как пауки прядут шелк, и поэтому изо всех сил пытаются воспроизвести необходимые условия. С другой стороны, шелковичные черви регулярно используются в коммерческих операциях по производству собственного шелка и имеют очень похожие железы на паутинную шелковую железу, требующие аналогичных условий. Учитывая это сходство, теперь они были генетически изменены для производства паучьего шелка.
Команда использовала редактирование генов с помощью CRISPR-Cas9, чтобы создать цельные полиамидные волокна паучьего шелка из этих трансгенных тутовых шелкопрядов. По сути, они с невероятным успехом поместили инструкции по изготовлению паучьего шелка в шелковую железу тутового червя. Это было достигнуто с помощью серии микроинъекций в оплодотворенные яйца тутового шелкопряда.
Волокна, созданные шелкопрядами, обладают впечатляющей прочностью и прочностью, которая в шесть раз прочнее, чем у кевлара, используемого в бронежилетах. Они также преодолели некоторые проблемы, возникающие при искусственном создании паучьего шелка, что позволило ему сохранять механические свойства шелка с течением времени. Это первый раз, когда полноразмерные белки паучьего шелка были созданы с использованием тутовых шелкопрядов.
Команда предполагает, что это обеспечивает устойчивую альтернативу производству синтетических коммерческих волокон и может иметь целый ряд применений, от обороны до биомедицинской инженерии.
«Шелк тутового шелкопряда в настоящее время является единственным волокном животного шелка, коммерциализированным в больших масштабах, с хорошо отработанными методами выращивания», — сказал автор исследования Цзюньпэн Ми из Колледжа биологических наук и медицинской инженерии Университета Дунхуа. «Следовательно, использование генетически модифицированных тутовых шелкопрядов для производства волокна паучьего шелка обеспечивает недорогую и крупномасштабную коммерциализацию».
