Китайские биотехнологи вывели трансгенную породу шелкопрядов, чьи гусеницы плетут коконы из белковых волокон, аналогичных по составу, прочности и другим физическим характеристикам нитям паучьей паутины. Эти нити можно использовать в качестве "зеленой" замены для хирургических нитей и лески из нейлона и прочих полимеров, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Matter.

"Паучий шелк является стратегическим ресурсом, который человечеству следует начать максимально быстро эксплуатировать. Высокая прочность волокон, полученных нами в рамках этого исследования, является большим шагом в сторону решения этой задачи. В частности, данные нити можно использовать в качестве шовного материала в более чем 300 млн хирургических операций, которые ежегодно проводятся по всему миру", - заявил научный сотрудник Университета Дунхуа в Шанхае (Китай) Ми Цзюньпэн, чьи слова приводит пресс-служба журнала.

Инженеры, химики и физики активно изучают то, как устроены различные природные материалы, многие из которых значительно превосходят созданные человеком по прочности, легкости, долговечности и многим другим параметрам. К примеру, шелк из паутины пауков значительно превосходит сталь по прочности. При этом он обладает низкой массой и высокой стойкостью к растягиванию.

Ми Цзюньпэн и его коллеги впервые создали трансгенную породу бабочек-шелкопрядов, чьи гусеницы плетут кокон из волокон, идентичных по составу и свойствам паучьему шелку. Китайским биотехнологам удалось решить эту задачу благодаря применению "нобелевского" геномного редактора CRISPR/Cas9, при помощи которого ученые заменили ген, кодирующий производство белка MiSp, одного из ключевых компонентов шелка.

Этот пептид, как обнаружили китайские исследователи, обладал значительно меньшим весом и принципиально другой структурой в паучьем шелке, благодаря чему нити этого материала в несколько раз превосходили по прочности и другим механическим характеристикам его аналог из коконов обычных шелкопрядов. Ученые использовали CRISPR/Cas9 для удаления ключевой части гена бабочек, кодирующего MiSp, и ее замены на аналогичную часть ДНК пауков.

В прошлом, как отмечают биотехнологи, ученые уже пытались осуществить подобную "трансплантацию", однако все эти попытки произвести паучий шелк заканчивались неудачно, так как паучья версия MiSp некорректно взаимодействовала с белками, отвечающими за работу шелковых желез бабочек. Ми Цзюньпэн и его коллеги учли этот недочет и внесли модификации в паучью версию MiSp перед ее интеграцией в геном шелкопрядов.

В результате этого ученые получили трансгенных шелкопрядов, чей шелк примерно вдвое превосходил по пределу прочности на разрыв его обычные аналоги, а также значительно сильнее сопротивлялся растягиванию и другим механическим нагрузкам. В этом отношении он не уступал кевлару и настоящему паучьему шелку, что открывает дорогу для массового промышленного производства нитей из паучьего шелка.

Более того, ученые отмечают, что разработанный ими подход позволяет создавать и другие трансгенные породы шелкопрядов, чей шелк будет включать в себя искусственные аминокислоты и прочие молекулы, не встречающиеся в природе. Это позволит дополнительно повысить прочность, долговечность и химическую стойкость шелковых волокон, подытожили Ми Цзюньпэн и его коллеги.

https://nauka.tass.ru/nauka/18799951