Με υψηλή αντοχή και σκληρότητα, αυτό το μετάξι αναφέρεται ότι έχει τη δυνατότητα να παρέχει μια κλιμακούμενη, βιώσιμη και καλύτερης ποιότητας εναλλακτική στις τρέχουσες συνθετικές ίνες όπως το νάιλον.

«Το μετάξι του μεταξοσκώληκα είναι επί του παρόντος η μόνη ζωική ίνα μεταξιού που διατίθεται στο εμπόριο σε μεγάλη κλίμακα, με καθιερωμένες τεχνικές εκτροφής», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Junpeng Mi, ερευνητής στο Κολλέγιο Βιολογικής Επιστήμης και Ιατρικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Donghua της Κίνας. «Συνεπώς, η χρήση γενετικά τροποποιημένων μεταξοσκώληκων για την παραγωγή ινών μεταξιού αράχνης επιτρέπει την εμπορευματοποίηση χαμηλού κόστους και μεγάλης κλίμακας».

Οι ίνες με τις οποίες οι μεταξοσκώληκες χτίζουν τα κουκούλια τους καλλιεργούνται εδώ και χιλιάδες χρόνια, αλλά ενώ είναι άφθονες είναι περίφημα εύθραυστες. Οι αράχνες, εν τω μεταξύ, παράγουν αξιοζήλευτα σκληρό και δυνατό μετάξι , ωστόσο, η καλλιέργειά του σε οποιαδήποτε κλίμακα ήταν απρόσιτη. Η «κανιβαλιστική φύση των αραχνών», σημειώνουν οι ερευνητές, καθιστά αδύνατη τη στέγαση των αράχνων μαζί χωρίς μάχη μέχρι θανάτου σχεδόν όλων των ζώων.

Αυτή η τελευταία μελέτη αναφέρεται ότι θα μπορούσε να είναι η καλύτερη και των δύο κόσμων και να αλλάξει το παιχνίδι στην αναζήτηση για βιώσιμη παραγωγή αυτού του άπιαστου φυσικού υλικού . Οι επιστήμονες προσπαθούν να τελειοποιήσουν αυτή τη βιονική «συνταγή» εδώ και πάνω από μια δεκαετία

Για να κατασκευάσουν τον μεταξοσκώληκα με μοναδικές αισθήσεις αραχνοειδούς, ο Μι και οι συνεργάτες του επικεντρώθηκαν σε μια μικρή πρωτεΐνη μεταξιού από την Araneus ventricosus , μια αράχνη που πλέκει σφαίρες που βρέθηκε στην Ανατολική Ασία. Χρησιμοποιώντας το CRISPR-Cas9, η πρωτεΐνη MiSp εισήχθη στο DNA του μεταξοσκώληκα, στη θέση του γονιδίου που κωδικοποιεί την κύρια πρωτεΐνη μεταξιού του μεταξοσκώληκα.

Οι επιστήμονες μπόρεσαν επίσης να επιτύχουν «εντοπισμό», με το γονίδιο να ενεργοποιείται επιτυχώς στο DNA του μεταξοσκώληκα, χωρίς αυτό να παρεμβαίνει σε άλλες πτυχές της παραγωγής φυσικού μεταξιού του ζώου.

«Αυτή η έννοια της «τοπικοποίησης», που εισήχθη σε αυτή τη διατριβή, μαζί με το προτεινόμενο ελάχιστο δομικό μοντέλο, αντιπροσωπεύει μια σημαντική απόκλιση από την προηγούμενη έρευνα», λέει ο Mi. «Είμαστε βέβαιοι ότι η εμπορευματοποίηση μεγάλης κλίμακας είναι στον ορίζοντα».

Οι ίνες που προέκυψαν ξεπέρασαν τις προσδοκίες των ερευνητών, συνδυάζοντας υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό (1.299 MPa) και σκληρότητα (319 MJ/m3). Όχι μόνο αυτό, οι ίνες ήταν πολύ πιο εύκαμπτες από το αναμενόμενο. H πρωτεΐνη MiSp είναι περισσότερο γνωστή για την παραγωγή μεταξιού που είναι ισχυρό αλλά όχι ελαστικό.

«Το μετάξι της αράχνης αποτελεί στρατηγικό πόρο που χρειάζεται επειγόντως εξερεύνηση», είπε ο Mi. «Η εξαιρετικά υψηλή μηχανική απόδοση των ινών που παράγονται σε αυτή τη μελέτη υπόσχεται σημαντικά σε αυτόν τον τομέα. Αυτός ο τύπος ίνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χειρουργικά ράμματα, καλύπτοντας μια παγκόσμια ζήτηση που υπερβαίνει τις 300 εκατομμύρια επεμβάσεις ετησίως».

Οι νέες ίνες έχουν ευρείες εμπορικές δυνατότητες, συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων υλικών για τον στρατό, της αεροδιαστημικής τεχνολογίας, της βιοϊατρικής μηχανικής και των ενδυμάτων. Το μετάξι που παράγεται είναι έξι φορές πιο σκληρό από το Kevlar που χρησιμοποιείται στα αλεξίσφαιρα γιλέκα.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να αναπτύξουν γενετικά τροποποιημένους μεταξοσκώληκες που παράγουν ίνες μεταξιού αράχνης από φυσικά και κατασκευασμένα αμινοξέα.

«Η εισαγωγή περισσότερων από εκατό κατασκευασμένων αμινοξέων έχει απεριόριστες δυνατότητες για κατασκευασμένες ίνες μεταξιού αράχνης», είπε ο Mi.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Matter .

(photo: freepik)