Örümcek ipeği ilk kez genetiği değiştirilmiş ipekböcekleri tarafından eğriliyor

Çin’deki bilim insanları, genetiği değiştirilmiş ipekböceklerinden örümcek ipeği üretmeye yönelik bir yöntem geliştirdi ve çeşitli endüstrilerdeki uygulamalarla sentetik elyaflara güçlü ve sürdürülebilir bir alternatif sağladı.

Araştırmacılar, genetiği değiştirilmiş ipekböceklerinden örümcek ipeği ürettiler ve kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan Kevlar elyafından altı kat daha güçlü bir elyaf ürettiler. Çalışma 20 Eylül’de dergide yayınlandı Tema, ipekböceklerini kullanarak tam uzunlukta örümcek ipeği proteinlerini başarıyla üreten ilk kişi oldu. Sonuçlar, naylon gibi sentetik ticari elyaflara çevre dostu bir alternatif üretmek için kullanılabilecek bir teknolojiyi ortaya koyuyor.

Mei, “İpekböceği ipeği şu anda köklü üreme teknikleri kullanılarak geniş çapta ticarileştirilen tek hayvansal ipek elyafıdır” dedi. “Bu nedenle, örümcek ipeği lifleri üretmek için genetiği değiştirilmiş ipekböceklerinin kullanılması, düşük maliyetli ve büyük ölçekli ticarileşmeyi mümkün kılıyor.”

Zorla rulo ipeğin resmi. Kredi bilgileri: Junpeng Mei

Örümcek ipeğinin sürdürülebilirliği

Bilim insanları örümcek ipeğine, çevreye zararlı mikroplastikler salabilen ve genellikle sera gazı emisyonlarına neden olan fosil yakıtlardan üretilen sentetik elyaflara karşı çekici ve sürdürülebilir bir alternatif olarak bakıyor. Ancak alternatifler için doğaya başvurmak zorluklardan da uzak değil. Sentetik örümcek ipeğinin eğirmesi için daha önce geliştirilen işlemler, ipeğin neme ve güneş ışığına maruz kalmasına yardımcı olmak için glikoproteinler ve lipitlerden oluşan bir yüzey tabakasını (örümceklerin ağlarına uyguladığı yaşlanma karşıtı bir “deri tabakası”) uygulamakta zorlandı.

Mee, genetiği değiştirilmiş ipekböceklerinin bu soruna çözüm sunduğunu, ipekböceklerinin liflerini benzer bir koruyucu katmanla kapladığını söylüyor.

Donghua Üniversitesi Biyobilim ve Tıp Mühendisliği Fakültesi’nden doktora adayı ve çalışmanın ilk yazarı Junping Mei, “Örümcek ipeği, acilen keşfedilmesi gereken stratejik bir kaynağı temsil ediyor” dedi. “Bu çalışmada üretilen elyafların olağanüstü yüksek mekanik performansı, bu alanda büyük umut vaat ediyor. Bu tür elyaf, yılda 300 milyonu aşan küresel bir talebi karşılamak için cerrahi dikiş ipliği olarak kullanılabilir.”

Mei, örümcek ipeği elyaflarının aynı zamanda daha rahat kıyafetler ve yenilikçi kurşun geçirmez yelekler yapmak için de kullanılabileceğini ve akıllı malzemeler, askeriye, havacılık teknolojisi ve biyomedikal mühendisliğinde uygulamalara sahip olabileceğini söylüyor.

Genetiği değiştirilmiş ipekböceklerinden üretilen ipek lifi. Kredi bilgileri: Junpeng Mei

Sentez süreci ve zorluklar

Mei ve ekibi, ipekböceklerinden örümcek ipeği elde etmek için hücreye örümcek ipeği proteini genleri yerleştirdi. DNA CRISPR-Cas9 gen düzenleme teknolojisi ve yüzbinlerce mikroenjeksiyon kombinasyonu kullanılarak ipekböceklerinin kendi bezlerinde ifade edilmesi, döllenmiş ipekböceği yumurtalarına aktarılıyor. Mei, ICSI’nin çalışmadaki “en önemli zorluklardan birini” oluşturduğunu söyledi, ancak ipekböceklerinin gözlerinin floresan mikroskobu altında kırmızı parladığını görünce – başarılı gen düzenlemenin bir işareti – heyecanlandı.

Mei, “Dans ettim ve bu sonucu paylaşmak için neredeyse Profesör Meng Qing’in ofisine koştum” dedi. “O geceyi çok net hatırlıyorum, beni uyanık tutan heyecan.”

Araştırmacıların ayrıca, ipekböceği bezlerindeki proteinlerle doğru şekilde etkileşime girerek liflerin doğru şekilde bükülmesini sağlamak için genetiği değiştirilmiş örümcek ipeği proteinlerinde “lokalizasyon” modifikasyonları yapmaları gerekiyordu. Değişikliklere rehberlik etmek için ekip, ipekböceği ipeğinin “minyatür temel yapısal modelini” geliştirdi.

Mee, “Bu tezde tanıtılan ‘yerelleştirme’ kavramı, önerilen basit yapısal modelle birlikte önceki araştırmalardan önemli bir ayrılığı temsil ediyor” diyor. “Ufukta büyük ölçekli ticarileşmenin olduğuna inanıyoruz.”

gelecek görünüşü

Gelecekte Mei, doğal ve mühendislik malzemelerinden örümcek ipeği elyafları üreten genetiği değiştirilmiş ipekböcekleri geliştirmek için mevcut çalışmada geliştirilen örümcek ipeği elyaflarının dayanıklılığı ve gücü hakkındaki bilgileri kullanmayı planlıyor. Amino asitler.

Mei, “Yüzden fazla tasarlanmış amino asidin kullanıma sunulması, tasarlanmış örümcek ipeği lifleri için sınırsız potansiyel taşıyor” diyor.

Referans: Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang tarafından “genetiği değiştirilmiş ipekböceğinden eğrilen yüksek mukavemetli ve ultra sert bütün örümcek ipeği elyafı” , Luoyang Tian ve Cheng Meng, 20 Eylül 2023, Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Şanghay Belediye Bilim ve Teknoloji Komisyonunun Temel Projeleri, Şanghay Belediye Bilim ve Teknoloji Komisyonunun Uluslararası İşbirliği Projeleri ve Merkezi Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları tarafından desteklenmiştir.