ट्रांसजेनिक रेशमकीट स्पाइडर रेशम को केवलर से 6 गुना अधिक मजबूत बनाते हैं

प्लेटो द्वारा पुनर्प्रकाशित

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ट्रांसजेनिक रेशमकीट स्पाइडर सिल्क को केवलर प्लेटोब्लॉकचेन डेटा इंटेलिजेंस से 6 गुना अधिक मजबूत बनाते हैं। लंबवत खोज. ऐ.

दूसरे दिन मैं अपनी कैंपर वैन के अंदर आधी नींद में सोते हुए मकड़ी के जाले में फंस गया।

चीख-पुकार को एक तरफ रख दें, तो मेरा तार्किक हिस्सा इस बात से आश्चर्यचकित था कि कितनी तेजी से एक अकेले खौफनाक-रेंगने वाले ने कुछ ही घंटों में इतनी जटिल और आश्चर्यजनक रूप से उछालभरी और लचीली वेब बुन ली थी।

मकड़ी रेशम एक प्राकृतिक आश्चर्य है। यह कठिन है और क्षति को रोकता है लेकिन अत्यधिक लचीला भी है। हल्का, मजबूत और बायोडिग्रेडेबल, रेशम का उपयोग सर्जिकल टांके से लेकर बुलेटप्रूफ जैकेट तक किसी भी चीज़ के लिए किया जा सकता है।

हम मानव उपभोग के लिए इन रेशमों का अधिक उत्पादन क्यों नहीं करेंगे? मकड़ियाँ भयानक जैविक निर्माण मशीनें हैं। खौफनाक कारक को छोड़ दें, तो वे बहुत लड़ाकू हैं - कुछ सौ एक साथ रखें, और आपके पास जल्द ही मुट्ठी भर विजेता और बहुत कम उत्पाद रह जाएंगे।

हालाँकि, आनुवंशिक इंजीनियरिंग के लिए धन्यवाद, अब हमारे पास मकड़ी के रेशम के निर्माण में मकड़ियों को पूरी तरह से छोड़ने का एक तरीका हो सकता है।

In एक खोज पिछले सप्ताह प्रकाशित, चीन में डोंगहुआ विश्वविद्यालय की एक टीम ने आनुवंशिक रूप से इंजीनियर रेशमकीट बनाने के लिए सीआरआईएसपीआर का उपयोग किया जो मकड़ी रेशम का उत्पादन कर सकता है। परिणामी स्ट्रैंड केवलर-बुलेटप्रूफ जैकेट में उपयोग किया जाने वाला एक सिंथेटिक घटक-की तुलना में अधिक कठिन हैं। सिंथेटिक सामग्रियों की तुलना में, ऐसा मकड़ी रेशम कहीं अधिक बायोडिग्रेडेबल विकल्प है जिसे आसानी से उत्पादन के लिए बढ़ाया जा सकता है।

यूटा स्टेट यूनिवर्सिटी के डॉ. जस्टिन जोन्स, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, ने नई बुनाई को मंजूरी दे दी। परिणामी सामग्री "वास्तव में उच्च प्रदर्शन वाला फाइबर" है कहा सेवा मेरे विज्ञान.

इस बीच, लेखकों के लिए, उनकी रणनीति मकड़ी के रेशम तक सीमित नहीं है। अध्ययन ने असाधारण ताकत और लचीलेपन के साथ रेशम सामग्री के निर्माण के लिए कई जैव-भौतिकीय सिद्धांतों को उजागर किया।

आगे के प्रयोग से संभावित रूप से वर्तमान क्षमताओं से परे अगली पीढ़ी के वस्त्र प्राप्त हो सकते हैं।

कीड़े, आर्थ्रोपोड्स और इतिहास का

प्रकृति अत्याधुनिक सामग्रियों के लिए प्रचुर प्रेरणा प्रदान करती है।

वेल्क्रो लें, हुक-एंड-लूप सामग्री जो आपके बाथरूम के तौलिये लटका सकती है या आपके बच्चे के जूते सुरक्षित कर सकती है। सर्वव्यापी सामग्री थी इसकी कल्पना सबसे पहले 1940 के दशक में स्विस इंजीनियर जॉर्ज डी मेस्ट्रल ने की थी जब वह पदयात्रा के बाद अपनी पैंट से गड़गड़ाहट साफ़ करने की कोशिश कर रहा था। माइक्रोस्कोप के नीचे एक और नज़र डालने से पता चला कि गड़गड़ाहट में तेज हुक थे जो कपड़े में लूप को फँसाते थे। डी मेस्ट्रल ने लंबी पैदल यात्रा की परेशानी को आज सभी हार्डवेयर स्टोरों में उपलब्ध हुक-एंड-लूप फैब्रिक में बदल दिया।

एक कम कांटेदार उदाहरण रेशम है। सबसे पहले प्राचीन चीन द्वारा सुसंस्कृत किया गया लगभग 5,000 साल पहले, रेशम को टेढ़े-मेढ़े, गोल रेशमकीड़ों से काता जाता है और आदिम करघे का उपयोग करके कपड़े में बुना जाता है। ये नाजुक रेशम पूरे पूर्वी एशिया और पश्चिम में फैल गए, जिससे पौराणिक रेशम मार्ग की स्थापना में मदद मिली।

फिर भी जिस किसी के पास रेशम का कपड़ा या चादर है, वह जानता होगा, ये अविश्वसनीय रूप से नाजुक सामग्री हैं जो आसानी से फट जाती हैं और टूट जाती हैं।

रेशमकीट रेशम के मामले में हमें जिन चुनौतियों का सामना करना पड़ता है वे अधिकांश सामग्रियों द्वारा साझा की जाती हैं।

एक समस्या मजबूती की है: कोई सामग्री समय के साथ कितना खिंचाव झेल सकती है। धोने के बाद थोड़ा सिकुड़ा हुआ स्वेटर खींचने की कल्पना करें। रेशों में जितनी कम ताकत होगी, परिधान के अपना आकार बनाए रखने की संभावना उतनी ही कम होगी। दूसरी समस्या कठोरता है. सीधे शब्दों में कहें, तो यह है कि कोई सामग्री टूटने से पहले कितनी ऊर्जा अवशोषित कर सकती है। एक पुराना स्वेटर केवल खींचने से ही आसानी से छेद कर देगा। दूसरी ओर, केवलर, एक बुलेटप्रूफ सामग्री, वस्तुतः गोलियां ले सकती है।

टीम ने कहा, दुर्भाग्य से, आज की इंजीनियर्ड सामग्रियों में दोनों संपत्तियां परस्पर अनन्य हैं।

हालाँकि, प्रकृति के पास एक समाधान है: मकड़ी का रेशम मजबूत और सख्त दोनों होता है। एक सुरक्षित और प्रभावी वातावरण में रेशम का उत्पादन करने के लिए आर्थ्रोपोड्स के सामने समस्या आ रही है। ये जानवर खतरनाक शिकारी होते हैं। कैद में रखे गए सौ रेशमकीट शांति से गले मिल सकते हैं; एक साथ सौ मकड़ियाँ फेंको और तुम्हें खून-खराबा होगा जिसमें से केवल एक या दो ही जीवित बचते हैं।

मकड़ी-कीड़े का गर्भ

क्या होगा यदि हम सर्वोत्तम रेशमकीटों और मकड़ियों को मिला सकें?

वैज्ञानिकों के पास है बहुत समय से चाहता था इंजीनियर एक"मिलो-प्याराजेनेटिक इंजीनियरिंग की मदद से दो प्रजातियों की तारीख तय की गई। नहीं, यह एक क्रॉस-प्रजाति रोम-कॉम नहीं है। मुख्य विचार आनुवंशिक रूप से रेशमकीटों को मकड़ी रेशम पैदा करने की क्षमता प्रदान करना है।

लेकिन मकड़ी रेशम प्रोटीन को एन्कोड करने वाले जीन बड़े होते हैं। इससे प्राकृतिक कोशिकाओं पर दबाव डाले बिना और उन्हें विफल किए बिना अन्य प्राणियों के आनुवंशिक कोड में प्रवेश करना कठिन हो जाता है।

यहां, टीम ने सबसे पहले रेशम की न्यूनतम संरचना का पता लगाने के लिए एक कम्प्यूटेशनल पद्धति का उपयोग किया। परिणामी मॉडल ने रेशम के कीड़ों और मकड़ियों के बीच रेशम प्रोटीन के अंतर को मैप किया। सौभाग्य से, दोनों प्रजातियां समान प्रोटीन संरचनाओं से फाइबर निकालती हैं - जिन्हें पॉलियामाइड फाइबर कहा जाता है - हालांकि प्रत्येक अलग-अलग प्रोटीन घटकों पर आधारित है।

भाग्य का एक और पहलू साझा शरीर रचना विज्ञान है। टीम ने कहा, "घरेलू रेशमकीटों और मकड़ी रेशम ग्रंथियों की रेशम ग्रंथियां उल्लेखनीय रूप से समान भौतिक और रासायनिक वातावरण प्रदर्शित करती हैं।"

मॉडल का उपयोग करते हुए, उन्होंने एक महत्वपूर्ण घटक की पहचान की जो रेशम की ताकत और कठोरता को बढ़ाता है - एक अपेक्षाकृत छोटा रेशम प्रोटीन, एमआईएसपी, जो रेशम में पाया जाता है। एरेनियस वेंट्रिकोसस पूर्वी एशिया से मकड़ियाँ।

CRISPR-Cas9, एक जीन संपादन उपकरण के साथ, टीम ने रेशम के कीड़ों में MiSp के लिए जीन कोडिंग को जोड़ा - अनिवार्य रूप से उन्हें मकड़ी के रेशम को स्पिन करने के लिए पुनर्जीवित किया। इसे पूरा करना एक तकनीकी दुःस्वप्न था, जिसकी आवश्यकता थी सैकड़ों हजारों की उनकी रेशम-घूमने वाली ग्रंथियों को संपादित करने के लिए निषेचित रेशमकीट अंडों में सूक्ष्म इंजेक्शन लगाए जाते हैं। विवेक जांच के रूप में, टीम ने एक जीन भी जोड़ा जिससे रेशमकीड़ों की आंखें भयानक रूप से लाल हो गईं, जो सफलता का संकेत था।

अध्ययन लेखक जुनपेंग एमआई ने मुख्य लेखिका, डॉ. मेंग क्विंग के कार्यालय में "नृत्य किया और व्यावहारिक रूप से दौड़ी"। एमआई ने कहा, "मुझे वह रात अच्छी तरह याद है, क्योंकि उत्तेजना ने मुझे जगाए रखा था।"

परिणामी कृमि-मकड़ी रेशम केवलर की तुलना में लगभग छह गुना अधिक कठोर होते हैं लेकिन फिर भी लचीले होते हैं। जोन्स ने कहा, यह आश्चर्यजनक है, क्योंकि MiSp का उपयोग करने वाले फाइबर हमेशा लचीले नहीं होते हैं। बोनस के रूप में, रेशम के कीड़ों ने रेशों को मजबूत करने के लिए प्राकृतिक रूप से एक प्रकार की सुरक्षात्मक कोटिंग का छिड़काव भी किया। इसने उन्हें संभावित बना दिया ज्यादा टिकाऊ पिछले कृत्रिम रूप से निर्मित मकड़ी रेशम की तुलना में।

टीम मेडिकल टांके के लिए जैविक रूप से अनुकूल रेशम को डिजाइन करने के लिए अपने कम्प्यूटेशनल मॉडल की खोज कर रही है। इसके अलावा वे और अधिक रचनात्मक होने की उम्मीद करते हैं। सिंथेटिक जीवविज्ञानी लंबे समय से कृत्रिम अमीनो एसिड (आणविक टुकड़े जो प्रोटीन बनाते हैं) विकसित करना चाहते थे। यदि हम बायोडिग्रेडेबल कपड़ों में सिंथेटिक अमीनो एसिड मिला दें तो क्या होगा?

एमआई ने कहा, "सौ से अधिक इंजीनियर्ड अमीनो एसिड की शुरूआत इंजीनियर्ड मकड़ी रेशम फाइबर के लिए असीमित संभावनाएं रखती है।"

छवि क्रेडिट: जुनपेंग एमआई, कॉलेज ऑफ बायोलॉजिकल साइंस एंड मेडिकल इंजीनियरिंग, डोंगहुआ यूनिवर्सिटी, शंघाई, चीन