Ulat Sutra Transgenik Memutar Sutra Laba-laba 6x Lebih Kuat Dari Kevlar

Suatu hari saya terjun lebih dulu ke dalam jaring laba-laba sambil setengah tertidur di dalam mobil kemping saya.

Terlepas dari teriakannya, bagian logis dari diriku terkagum-kagum pada betapa cepatnya seekor makhluk merayap yang menyeramkan membuat jaring yang begitu rumit—dan yang mengejutkan, melenting dan tangguh—hanya dalam beberapa jam.

Sutra laba-laba adalah keajaiban alam. Ini tangguh dan tahan terhadap kerusakan tetapi juga sangat fleksibel. Ringan, kuat, dan dapat terurai secara hayati, sutranya dapat digunakan untuk apa saja mulai dari jahitan bedah hingga rompi antipeluru.

Mengapa kita tidak memproduksi lebih banyak sutra ini untuk konsumsi manusia? Laba-laba adalah mesin pembuat biologi yang mengerikan. Selain faktor yang menyeramkan, mereka sangat agresif—satukan beberapa ratus, dan Anda akan segera mendapatkan segelintir pemenang dan produk yang sangat sedikit.

Namun, berkat rekayasa genetika, kita sekarang mungkin memiliki cara untuk menghilangkan laba-laba sama sekali dalam pembuatan sutra laba-laba.

In sebuah pelajaran diterbitkan minggu lalu, tim dari Universitas Donghua di Tiongkok menggunakan CRISPR untuk menciptakan ulat sutera hasil rekayasa genetika yang dapat menghasilkan sutera laba-laba. Untaian yang dihasilkan lebih keras dibandingkan Kevlar—komponen sintetis yang digunakan dalam rompi antipeluru. Dibandingkan dengan bahan sintetis, sutera laba-laba merupakan alternatif yang jauh lebih mudah terurai secara hayati dan dapat dengan mudah dikembangkan untuk produksi.

Justin Jones dari Utah State University, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, memberikan persetujuannya pada tenunan baru tersebut. Bahan yang dihasilkan adalah “serat berperforma tinggi,” katanya tersebut untuk Ilmu.

Sementara itu, bagi penulis, strategi mereka tidak terbatas pada sutera laba-laba. Studi ini mengungkap beberapa prinsip biofisik untuk membuat bahan sutra dengan kekuatan dan fleksibilitas luar biasa.

Eksperimen lebih lanjut berpotensi menghasilkan tekstil generasi berikutnya yang melampaui kemampuan saat ini.

Tentang Cacing, Arthropoda, dan Sejarah

Alam menawarkan banyak inspirasi untuk material mutakhir.

Ambil Velcro, bahan pengait yang dapat digunakan untuk menggantung handuk kamar mandi atau mengamankan sepatu anak Anda. Materi yang ada di mana-mana adalah pertama kali dirancang oleh insinyur Swiss George de Mestral pada tahun 1940-an ketika mencoba menghilangkan gerinda di celananya setelah mendaki. Pengamatan lebih lanjut di bawah mikroskop menunjukkan bahwa duri tersebut memiliki kait tajam yang tersangkut pada kain. De Mestral mengubah gangguan pendakian menjadi bahan kait-dan-loop yang tersedia di semua toko perangkat keras saat ini.

Contoh yang tidak terlalu berduri adalah sutra. Pertama kali dibudidayakan oleh Tiongkok kuno kira-kira 5,000 tahun yang lalu, sutra dipintal dari ulat sutera yang menggeliat dan gemuk dan dipintal menjadi kain menggunakan alat tenun primitif. Sutra halus ini menyebar ke seluruh Asia Timur dan barat, membantu terciptanya Jalur Sutra yang legendaris.

Namun seperti yang diketahui oleh siapa pun yang memiliki pakaian atau seprai sutra, ini adalah bahan yang sangat halus dan mudah robek dan rusak.

Tantangan yang kita hadapi terkait ulat sutera juga dialami oleh sebagian besar bahan.

Salah satu masalahnya adalah kekuatan: seberapa besar peregangan yang dapat ditahan suatu bahan seiring waktu. Bayangkan menarik sweter yang sedikit menyusut setelah dicuci. Semakin lemah kekuatan seratnya, semakin kecil kemungkinan pakaian tersebut dapat mempertahankan bentuknya. Masalah lainnya adalah ketangguhan. Sederhananya, ini adalah seberapa banyak energi yang dapat diserap suatu bahan sebelum terurai. Sweter tua akan mudah berlubang hanya dengan menariknya. Di sisi lain, Kevlar, bahan antipeluru, benar-benar dapat menerima peluru.

Sayangnya, kedua sifat tersebut saling eksklusif dalam material rekayasa saat ini, kata tim tersebut.

Namun, alam punya solusinya: sutra laba-laba kuat dan tangguh. Masalahnya adalah mengatur artropoda untuk menghasilkan sutra di lingkungan yang aman dan efektif. Hewan-hewan ini adalah predator yang ganas. Seratus ulat sutera di penangkaran bisa berpelukan dengan damai; lemparkan seratus laba-laba bersama-sama dan Anda akan mengalami pertumpahan darah dan hanya satu atau dua yang masih hidup.

Rahim Cacing Laba-laba

Bagaimana jika kita bisa menggabungkan ulat sutera dan laba-laba yang terbaik?

Para ilmuwan memilikinya sudah lama ingin merekayasa sebuah “bertemu-imut” tanggal untuk kedua spesies tersebut dengan bantuan rekayasa genetika. Tidak, ini bukan rom-com lintas spesies. Ide utamanya adalah memberikan ulat sutera secara genetik kemampuan untuk menghasilkan sutera laba-laba.

Namun gen yang mengkode protein sutera laba-laba berukuran besar. Hal ini membuat mereka sulit untuk memasukkan kode genetik makhluk lain tanpa membebani sel alami dan menyebabkan kegagalannya.

Di sini, tim pertama kali menggunakan metode komputasi untuk memburu struktur minimal sutra. Model yang dihasilkan memetakan perbedaan protein sutera antara ulat sutera dan laba-laba. Untungnya, kedua spesies ini memintal serat dari struktur protein serupa—yang disebut serat poliamida—meskipun masing-masing didasarkan pada komponen protein yang berbeda.

Sedikit keberuntungan lainnya adalah anatomi bersama. “Kelenjar sutera ulat sutera domestik dan kelenjar sutera laba-laba menunjukkan lingkungan fisik dan kimia yang sangat mirip,” kata tim tersebut.

Dengan menggunakan model tersebut, mereka mengidentifikasi komponen penting yang meningkatkan kekuatan dan ketangguhan sutra—protein sutra yang relatif kecil, MiSp, ditemukan di Araneus ventricosus laba-laba dari Asia Timur.

Dengan CRISPR-Cas9, alat pengeditan gen, tim kemudian menambahkan gen yang mengkode MiSp ke dalam ulat sutera—yang pada dasarnya menyatukannya kembali untuk memintal sutra laba-laba. Mencapai hal ini adalah sebuah mimpi buruk teknologi, yang membutuhkan ratusan ribu suntikan mikro ke dalam telur ulat sutera yang telah dibuahi untuk mengedit kelenjar pemintal sutranya. Untuk memeriksa kewarasan, tim juga menambahkan gen yang membuat mata ulat sutera bersinar merah, yang menandakan kesuksesan.

Penulis studi Junpeng Mi “menari dan berlari ke” penulis utama, kantor Dr. Meng Qing. “Saya ingat malam itu dengan jelas, kegembiraan membuat saya tetap terjaga,” kata Mi.

Sutra cacing-laba-laba yang dihasilkan kira-kira enam kali lebih keras dari Kevlar namun tetap fleksibel. Ini mengejutkan, kata Jones, karena serat yang menggunakan MiSp tidak selalu melar. Sebagai bonus, ulat sutera juga secara alami menyemprotkan semacam lapisan pelindung untuk memperkuat serat. Hal ini membuat mereka berpotensi lebih tahan lama dari sutra laba-laba buatan sebelumnya.

Tim ini mengeksplorasi lebih lanjut model komputasi mereka untuk merancang sutra yang kompatibel secara biologis untuk jahitan medis. Di luar itu mereka berharap bisa lebih kreatif. Ahli biologi sintetik telah lama ingin mengembangkan asam amino buatan (bagian molekul yang membentuk protein). Apa yang akan terjadi jika kita menambahkan asam amino sintetik ke kain yang dapat terbiodegradasi?

“Pengenalan lebih dari seratus asam amino rekayasa memiliki potensi tak terbatas untuk serat sutera laba-laba rekayasa,” kata Mi.

Kredit Gambar: Junpeng Mi, Sekolah Tinggi Ilmu Biologi dan Teknik Medis, Universitas Donghua, Shanghai, Cina

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/09/26/transgenic-silkworms-spin-spider-silk-6x-tougher-than-kevlar/