ГЕН ПАУКА ПОЗВОЛЯЕТ ШЕЛКОПРЯДУ ВИТЬ НИТИ ПРОЧНЕЕ СТАЛИ
Ген паука позволяет шелкопряду вить нити прочнее стали. Ученые уже собрали километры сверхпрочных гибких волокон с колонии трансгенных шелковичных червей, показав возможность крупномасштабного изготовления таких нитей.
Созревший шелкопряд незадолго до начала плетения кокона
«Шелкопряд может дать нам гораздо больше шелка, чем паук - паутины», говорит молекулярный биолог Малькольм Фрейзер (Malcolm Fraser) из Нотр-Дамского Университета.
Паутина уже давно ценится как суперволокно, которое может быть использовано в разнообразных областях – от изготовления бронежилетов до хирургических швов и «лесов» для восстановления хрящевой ткани.
В прошлом году в Музее естественной истории (Нью-Йорк, США) был выставлен уникальный гобелен размерами 3,35 х 1,22 метра, созданный из паутины, на сбор которой у команды из 70 человек ушло 4 года. Над плетением волокон для золотистой ткани потрудилось более миллиона диких пауков. Но пауки, как правило, хищные одиночки, которые на дух не переносят своих сородичей и порой не брезгуют каннибализмом, оказавшись в их компании. Поэтому создание «паучьих ферм» и массовое производство заветных нитей оставались до недавнего времени невозможными.
Золотистый гобелен из паутины, на создание которого ушло 4 года.
Ученые с переменным успехом пытались наладить производство паутины с помощью бактерий, табака и даже коз. Сегодня команда, возглавляемая Фрейзером, вырастили колонию шелкопрядов, которые дают нити почти столь же прочные, как паутина. Секрет в отдельных генах паука, введенных в хромосомы гусениц.
Шелкопряды – природные «прядильные фабрики». Шелковые железы в их теле занимают около трети объема. По словам Фрейзера, один кокон способен дать нить длиной более километра. Шелкопряды были одомашнены несколько веков назад, и их использование для коммерческого производства шелка давно перестало быть чем-то необычным. Но шелк гораздо менее прочен, чем паутина (почему - читайте «Шелк и паутина: Тонкая разница»). «Теперь мы сможем изготавливать шелковые волокна со свойствами паутины в коммерческих масштабах», - говорит Фрейзер.
Чтобы создать трансгенных гусениц, Фрейзер и его коллеги использовали мобильные ДНК-последовательности, называемые транспозонами piggyBac, с помощью которых фрагменты паучьих генов были вставлены в эмбрионы шелкопрядов. В результате свойства получаемого шелка зависели от того, где заканчивалась «паучья» последовательность в хромосоме шелкопряда.
«Такие манипуляции позволяют получать волокна с различной гибкостью, прочностью и твердостью – в зависимости от планируемого применения», - говорит Фрейзер.
Ученым удалось заставить нити трансгенных шелкопрядов светиться зеленым
Однако не у всех особей шелкопряда ген паука был выражен. Чтобы выявить взрослых носителей этого гена, исследователи «прикрепили» к нему красный флуоресцентный белок (О методах флуоресцентной маркировки читайте – «Белок с подсветкой» и «Кому досталось золото»), в результате чего все мутанты имели светящиеся красные глаза.
Создав колонию трансгенных гусениц, ученые смогли получить нити, достигающие 80% прочности паутины, и сравнимые по прочности с кевларом. Впрочем, паутина некоторых видов пауков может быть гораздо прочнее, превосходя кевлар в 10 раз. «На данный момент мы не получили прочность такого порядка, но готов поспорить – однажды мы сможем добиться и этого», говорит Фрейзер.
Прикрепив к генам паука другой флуоресцентный белок, исследователи заставили шелк светиться зеленым. При этом волокна сохранили все свои свойства, что говорит о том, что ученые могут использовать дополнительные гены без ущерба прочности, жесткости и гибкости. Одним из потенциальных применений этой особенности может стать изготовление хирургических нитей, которые будут стимулировать образование обычных клеток кожи вместо рубцовой ткани.
«Мы можем смешивать гены, как краски в палитре, - говорит Фрейзер. - Мы берем гены, кодирующие необходимые свойства, комбинируем их, и все они проявляются в полученных волокнах».
«Это большой шаг вперед, - сказал бионженер Дэвид Каплан (David Kaplan) из Университета Тафтса. – До появления научных публикаций трудно говорить о том, насколько важной и полезной окажется разработка. Но принцип хорош, и мне было бы интересно узнать больше».
