Vers à soie transgéniques Spin Spider Silk 6 fois plus résistant que le Kevlar

Vers à soie transgéniques Spin Spider Silk 6 fois plus résistant que le Kevlar

Horodatage: 26 septembre 2023 1:00 PM
Les vers à soie transgéniques tournent la soie d'araignée 6 fois plus résistante que le Kevlar PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

L’autre jour, j’ai plongé tête première dans une toile d’araignée alors que je dormais à moitié dans mon camping-car.

Cris mis à part, la partie logique de moi s'est émerveillée de la rapidité avec laquelle un seul rampant effrayant avait tissé une toile aussi complexe – et étonnamment rebondissante et résiliente – en quelques heures seulement.

La soie d'araignée est une merveille naturelle. Il est solide et résiste aux dommages, mais il est également très flexible. Légère, solide et biodégradable, la soie peut être utilisée pour tout, des sutures chirurgicales aux gilets pare-balles.

Pourquoi ne produirions-nous pas davantage de ces soies pour la consommation humaine ? Les araignées sont de terribles machines de fabrication biologique. Facteur effrayant mis à part, ils sont très combatifs : rassemblez quelques centaines, et vous vous retrouverez bientôt avec une poignée de vainqueurs et très peu de produits.

Cependant, grâce au génie génétique, nous pourrions désormais avoir un moyen d’éviter complètement les araignées dans la fabrication de la soie d’araignée.

In selon une étude publié la semaine dernière, une équipe de l'Université Donghua en Chine a utilisé CRISPR pour créer des vers à soie génétiquement modifiés capables de produire de la soie d'araignée. Les brins résultants sont plus résistants que le Kevlar, un composant synthétique utilisé dans les gilets pare-balles. Comparée aux matériaux synthétiques, cette soie d’araignée constitue une alternative beaucoup plus biodégradable qui peut être facilement mise à l’échelle pour la production.

Le Dr Justin Jones de l'Université d'État de l'Utah, qui n'a pas participé à l'étude, a donné son approbation au nouveau tissage. Le matériau obtenu est « une fibre vraiment haute performance », dit-il. a affirmé Valérie Plante. à Sciences.

Pendant ce temps, pour les auteurs, leur stratégie ne se limite pas à la soie d’araignée. L'étude a révélé plusieurs principes biophysiques pour la fabrication de matériaux en soie dotés d'une résistance et d'une flexibilité exceptionnelles.

Des expérimentations plus poussées pourraient potentiellement produire des textiles de nouvelle génération dépassant les capacités actuelles.

Des vers, des arthropodes et de l'histoire

La nature offre une richesse d’inspiration pour les matériaux d’avant-garde.

Prenez le Velcro, le matériau auto-agrippant qui peut accrocher vos serviettes de bain ou sécuriser les chaussures de votre enfant. Le matériel omniprésent était conçu pour la première fois par l'ingénieur suisse George de Mestral dans les années 1940 en essayant d'enlever les bavures de son pantalon après une randonnée. Un examen plus approfondi au microscope a montré que les bavures avaient des crochets pointus qui accrochaient les boucles du tissu. De Mestral a transformé la nuisance de la randonnée en tissu auto-agrippant disponible aujourd'hui dans toutes les quincailleries.

Un exemple moins épineux est la soie. Cultivé pour la première fois par la Chine ancienne il y a environ 5,000 ans, la soie est filée à partir de vers à soie ondulés et ronds et transformée en tissus à l'aide de métiers à tisser primitifs. Ces soies délicates se sont répandues dans toute l’Asie de l’Est et à l’ouest, contribuant ainsi à l’établissement de la légendaire Route de la Soie.

Pourtant, comme le savent tous ceux qui possèdent un vêtement ou des draps en soie, ce sont des matériaux incroyablement délicats qui se déchirent et se décomposent facilement.

Les défis auxquels nous sommes confrontés avec la soie de vers à soie sont partagés par la plupart des matériaux.

L’un des problèmes est la résistance : l’étirement qu’un matériau peut supporter au fil du temps. Imaginez que vous tirez sur un pull légèrement rétréci après le lavage. Moins les fibres sont résistantes, moins le vêtement a de chances de conserver sa forme. L'autre problème est la ténacité. En termes simples, il s'agit de la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber avant de se décomposer. Un vieux pull fera facilement des trous avec juste un remorqueur. D’un autre côté, le Kevlar, un matériau pare-balles, peut littéralement encaisser les balles.

Malheureusement, les deux propriétés s'excluent mutuellement dans les matériaux techniques d'aujourd'hui, a déclaré l'équipe.

La nature a cependant une solution : la soie d’araignée est à la fois solide et résistante. Le problème est de lutter contre les arthropodes pour produire de la soie dans un environnement sûr et efficace. Ces animaux sont de vicieux prédateurs. Une centaine de vers à soie en captivité peuvent se blottir en toute tranquillité ; jetez une centaine d'araignées ensemble et vous obtenez un bain de sang dont seulement une ou deux restent en vie.

Un utérus de ver-araignée

Et si nous pouvions combiner le meilleur des vers à soie et des araignées ?

Les scientifiques ont je voulais depuis longtemps ingénieur un "rencontre-mignon» date pour les deux espèces grâce au génie génétique. Non, ce n'est pas une comédie romantique inter-espèces. L’idée principale est de doter génétiquement les vers à soie de la capacité de produire de la soie d’araignée.

Mais les gènes codant pour les protéines de la soie d’araignée sont volumineux. Cela les rend difficiles à intégrer dans le code génétique d’autres créatures sans submerger les cellules naturelles et provoquer leur échec.

Ici, l’équipe a d’abord utilisé une méthode informatique pour traquer la structure minimale de la soie. Le modèle résultant a cartographié les différences de protéines de soie entre les vers à soie et les araignées. Heureusement, les deux espèces fabriquent des fibres à partir de structures protéiques similaires, appelées fibres de polyamide, bien que chacune soit basée sur des composants protéiques différents.

Une autre chance est l’anatomie partagée. "Les glandes à soie des vers à soie domestiques et celles des araignées présentent des environnements physiques et chimiques remarquablement similaires", a déclaré l'équipe.

À l'aide de ce modèle, ils ont identifié un composant essentiel qui améliore la résistance et la ténacité de la soie : une protéine de soie relativement petite, MiSp, trouvée dans Araneus ventricosus araignées d'Asie de l'Est.

Avec CRISPR-Cas9, un outil d'édition génétique, l'équipe a ensuite ajouté des gènes codant pour MiSp dans les vers à soie, les réorganisant essentiellement pour qu'ils filent la soie d'araignée. Réaliser cela était un cauchemar technologique, nécessitant des centaines de milliers de microinjections dans des œufs de vers à soie fécondés pour modifier leurs glandes à soie. Pour vérifier la santé mentale, l'équipe a également ajouté un gène qui faisait briller les yeux des vers à soie d'un rouge envoûtant, ce qui signalait le succès.

Auteur de l'étude Junpeng Mi « a dansé et a pratiquement couru » vers le bureau de l'auteur principal, le Dr Meng Qing. "Je me souviens très bien de cette nuit, car l'excitation m'a empêché de dormir", a déclaré Mi.

Les soies d'araignée et de ver qui en résultent sont environ six fois plus résistantes que le Kevlar, mais restent flexibles. C'est surprenant, a déclaré Jones, car les fibres utilisant MiSp ne sont pas toujours extensibles. En prime, les vers à soie pulvérisaient aussi naturellement une sorte de revêtement protecteur pour renforcer les fibres. Cela les rendait potentiellement plus durable que la soie d'araignée artificielle précédente.

L’équipe explore plus en détail son modèle informatique pour concevoir de la soie biologiquement compatible pour les sutures médicales. Au-delà de cela, ils espèrent devenir plus créatifs. Les biologistes synthétiques souhaitent depuis longtemps développer des acides aminés artificiels (les éléments moléculaires qui composent les protéines). Que se passerait-il si nous ajoutions des acides aminés synthétiques aux tissus biodégradables ?

"L'introduction de plus d'une centaine d'acides aminés modifiés présente un potentiel illimité pour les fibres de soie d'araignée modifiées", a déclaré Mi.

Crédit d’image : Junpeng Mi, Collège des sciences biologiques et du génie médical, Université Donghua, Shanghai, Chine

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