دانشمندان برای اولین بار با موفقیت الیاف تار عنکبوت را با استفاده از کرم‌های ابریشم اصلاح شده ژنتیکی تولید کردند. این ابریشم با استحکام و سختی بالا، پتانسیل ارائه یک جایگزین مقیاس‌پذیر، پایدار و با کیفیت بهتر را برای الیاف مصنوعی فعلی مانند نایلون دارد.
“یونپنگ می” دانشمند ارشد این پژوهش از کالج علوم زیستی و مهندسی پزشکی دانشگاه “دونگ‌هوا” در چین می‌گوید: تار کرم ابریشم در حال حاضر تنها الیاف ابریشم حیوانی است که در مقیاس بزرگ تجاری شده و با تکنیک‌های پرورش به خوبی تثبیت شده است. در نتیجه، استفاده از کرم‌های ابریشم اصلاح‌شده ژنتیکی برای تولید الیاف ابریشم عنکبوت، تجاری‌سازی کم‌هزینه و در مقیاس بزرگ را ممکن می‌سازد.
الیافی که کرم‌های ابریشم پیله‌های خود را با آنها می‌سازند، هزاران سال است که پرورش داده می‌شوند، اما با وجود فراوانی، بسیار شکننده هستند. در عین حال، عنکبوت‌ها تارهایی سخت و قوی تولید می‌کنند، اما کشت و پرورش آن در مقیاس انبوه، دور از دسترس بوده است.
پژوهشگران خاطرنشان می‌کنند که طبیعت هم‌نوع‌خواری عنکبوت‌ها، نگه‌داری و پرورش آنها در کنار هم را غیرممکن می‌کند.
این مطالعه جدید اما می‌تواند بهترین باشد و در تلاش برای تولید پایدار این ماده طبیعی، بازی را تغییر دهد. بیش از یک دهه است که دانشمندان در تلاش برای تکمیل این دستور العمل هستند.
پژوهشگران این مطالعه برای مهندسی کرم ابریشم با ویژگی‌های منحصر به فرد تار عنکبوت، روی پروتئین کوچک ابریشم از نوعی عنکبوت به نام Araneus ventricosus که در شرق آسیا یافت می‌شود، تمرکز کردند و با استفاده از فناوری ویرایش ژن کریسپر-کس۹(CRISPR-Cas۹)، پروتئینی موسوم به MiSp را به جای ژنی که پروتئین ابریشم اولیه کد می‌کند، به دی‌ان‌ای کرم ابریشم وارد کردند.
دانشمندان همچنین توانستند با فعال شدن موفقیت آمیز این ژن در دی‌ان‌ای کرم ابریشم به موفقیت دست یابند، بدون اینکه در سایر جنبه‌های تولید ابریشم طبیعی حیوان تداخلی ایجاد کند.
“می” می‌گوید: ما مطمئن هستیم که تجاری‌سازی این روش در مقیاس بزرگ امکان‌پذیر است.
الیاف به دست آمده از این فرآیند، فراتر از انتظارات پژوهشگران بود و دارای استحکام کششی بالا معادل ۱۲۹۹ مگاپاسکال و سختی ۳۱۹ مگاژول بر متر مکعب(MJ/m۳) بود. همچنین این الیاف بسیار انعطاف‌پذیرتر از حد انتظار بودند. این در حالی است که پروتئین MiSp برای تولید ابریشم قوی اما غیر منعطف شناخته شده است.
وی افزود: ابریشم عنکبوت به عنوان یک منبع استراتژیک است که نیاز فوری به اکتشاف دارد. عملکرد مکانیکی فوق‌العاده بالای الیاف تولید شده در این مطالعه، پیشرفت قابل توجهی را در این زمینه نوید می‌دهد. این نوع الیاف می‌تواند به عنوان بخیه‌های جراحی مورد استفاده قرار گیرد و تقاضای جهانی بیش از ۳۰۰ میلیون جراحی در سال را برطرف کند.
این الیاف جدید دارای پتانسیل تجاری گسترده‌ای از جمله در مواد هوشمند برای ارتش، فناوری هوافضا، مهندسی زیست پزشکی و پوشاک هستند.
گفتنی است که این ابریشم تازه تولید شده، ۶ برابر سخت‌تر از کولار(Kevlar) مورد استفاده در جلیقه‌های ضد گلوله است.
اکنون پژوهشگران قصد دارند کرم‌های ابریشم اصلاح‌شده ژنتیکی جدیدی تولید کنند که الیاف ابریشم عنکبوت را از اسیدهای آمینه طبیعی و مهندسی شده تولید می‌کنند.
“می” می‌گوید: معرفی بیش از ۱۰۰ آمینو اسید مهندسی شده پتانسیل بی حد و حصری را برای الیاف مهندسی شده ابریشم عنکبوت دارد.
۵۸۵۸
