Pajęcze włókno produkowane przez bakterie

Naukowcy z Korei Południowej zmodyfikowali genetycznie bakterie E. coli w celu produkcji białka pajęczyny, a następnie uprzędli z niej nić o parametrach porównywalnych do produkowanej w naturze przez pająki.

Sieć pajęcza jest jednym z cudownych materiałów natury - pięć razy mocniejsza niż stal o tej samej wadze, trzy razy mocniejsza od Kevlaru, biokompatybilna i biodegradowalna. Proponowane zastosowania dla włókien pajęczyny obejmują wysoko-wytrzymałe liny, kamizelki kuloodporne, materiały biomedyczne czy nawet kompozyty do zastosowania w lotnictwie. Niestety, w przeciwieństwie do jedwabników pająki nie należą do specjalnie spokojnych zwierząt, więc próby przemysłowej hodowli wielu pająków w celu uzyskania dużej ilości pajęczyny kończą się zwykle na uzyskaniu kilku dużych i bardzo najedzonych pająków. W roku 2000 kanadyjska firma Nexia zmodyfikowała genetycznie kozy, tak aby tworzyły one w mleku proteinę, z której pająki wytwarzając nić pajęczą, i w oparciu o tę proteinę zaczęła wytwarzać włókno o nazwie BioSteel.

Teraz prof. Sang Yup Lee z Zaawansowanego Instytutu Nauki i Technologii w Daejeon w Korei Południowej, prof. Young Hwan Park z Narodowego Uniwersytetu w Seoulu oraz prof. David Kaplan z Tufts University postanowili podejść do problemu w inny sposób, modyfikując genetycznie bakterie Escherischia coli tak, aby produkowały one białko sieci pajęczej. Z początku mieli z tym poważne problemu, z uwagi na unikalne charakterystyki proteiny - jej bardzo duży rozmiar, bardzo powtarzalną sekwencję aminokwasów, oraz wykorzystanie bardzo dużej ilości glicyny w porównaniu z innymi aminokwasami. Jednak dzięki zmodyfikowaniu metabolizmu bakterii udało się zmusić bakterię do produkowania dużej ilości proteiny, co pozwoliło na przejście do drugiego etapu.

Sama produkcja białka nie wystarcza - właściwości nici pajęczej wynikają również ze sposobu, w jaki jest przędzona przez pająki. Zespół z KAIST opracował prosty i łatwy do przeskalowania do ilości przemysłowych sposób na przędzenie proteiny w sztuczne włókno pajęcze, które ma wytrzymałość na rozciąganie 508 MPa, wydłużenie 15% oraz moduł Younga równy 21 GPa, porównywalne z przędzą pajęczą. Cytując prof. Lee:

Przedstawiliśmy ogólną platformę do masowej produkcji włókna pajęczego porównywalnego z naturalnym. Platforma ta pozwoli na rozszerzenie zastosowań przemysłowych i biomedycznych dla włókna pajęczego. Ponadto, wiele innych bio-włókien takich jak elastyna, kolagen, bisior, rezylina oraz inne powtarzalne białka mają strukturę podobną do proteiny włókna pajęczego. W związku z tym, nasza platforma powinna być również przydatna do ich wydajnej produkcji przy pomocy procesów biologicznych.

Oczywiście, nie ma co spodziewać się wejścia na rynek ubrań z przędzy pajęczej w tej dekadzie - produkowane przez zmodyfikowane genetycznie kozy włókno BioSteel jakoś nie zrewolucjonizowało materiałówki. Jednak przypuszczalnie wykorzystanie zmodyfikowanych genetycznie bakterii pozwoli na dużo bardziej masową produkcję włókna niż hodowla pająko-kóz.

[via Science Daily]

Leszek Karlik

Więcej o:
Skomentuj:
Pajęcze włókno produkowane przez bakterie
Zaloguj się

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX