遺伝子組み換えカイコはケブラーよりも 6 倍丈夫なクモの糸を紡ぐ

先日、キャンピングカーの中で半分寝ていたところ、クモの巣に頭から突っ込んでしまいました。

叫び声はさておき、私の論理的な部分は、一匹の不気味な這い虫が、わずか数時間でこれほど複雑な、そして驚くほど弾力性と弾力性のある巣をどれほど速く織ったのかに驚嘆しました。

クモの糸は自然の驚異です。 丈夫で傷つきにくいだけでなく、柔軟性にも優れています。 軽く、強く、生分解性があるシルクは、外科用縫合糸から防弾チョッキまであらゆるものに使用できます。

なぜ私たちは人間の消費のためにこれらのシルクをもっと生産しないのでしょうか? クモは恐ろしい生物製造機械です。 不気味な要素はさておき、彼らは非常に好戦的です。数百人を集めれば、すぐに少数の勝者とほんのわずかな成果が残されます。

しかし、遺伝子工学のおかげで、クモの糸の製造においてクモを完全に省略する方法ができるかもしれません。

In 調査 先週発表された論文では、中国の東華大学のチームがCRISPRを使用して、クモの糸を生産できる遺伝子組み換えカイコを作成した。 得られたストランドは、防弾チョッキに使用される合成成分であるケブラーよりも丈夫です。 合成材料と比較して、このようなクモの糸は生分解性がはるかに高い代替品であり、生産規模を容易に調整できます。

ユタ州立大学のジャスティン・ジョーンズ博士は、この研究には関与していなかったが、この新しい織物に同意のうなずきを与えた。 出来上がった素材は「本当に高性能な繊維」だと彼は言う。 と 〜へ 科学.

一方、著者らにとって、彼らの戦略はクモの糸に限定されません。 この研究により、並外れた強度と柔軟性を備えたシルク素材を構築するためのいくつかの生物物理学的原理が明らかになりました。

さらなる実験により、現在の能力を超えた次世代のテキスタイルが生み出される可能性があります。

線虫、節足動物、そして歴史について

自然は最先端の素材に豊富なインスピレーションを与えてくれます。

バスルームのタオルを掛けたり、子供の靴を固定したりする面ファスナー素材のベルクロを例に挙げます。 どこにでもある素材は、 1940年代にスイスの技術者ジョルジュ・デ・メストラルによって最初に考案された ハイキングの後、ズボンのバリを払おうとしたとき。 顕微鏡でさらに観察したところ、バリには鋭いフックがあり、生地のループに引っ掛かることがわかりました。 デ・メストラルは、ハイキングの邪魔者を、今日どこの金物店でも入手できる面ファスナーの生地に変えました。

チクチク感の少ない例としてはシルクがあります。 古代中国で最初に栽培された 約5,000年前, シルクは、うねうねと丸い蚕から紡がれ、原始的な織機を使用して布地に紡がれます。 これらの繊細なシルクは東アジア全体と西に広がり、伝説的なシルクロードの確立に貢献しました。

しかし、シルクの衣服やシーツを所有したことのある人ならご存知のように、これらは非常にデリケートな素材であり、簡単に破れたり壊れたりします。

蚕のシルクで直面する課題は、ほとんどの素材に共通しています。

問題の XNUMX つは強度です。つまり、材料が時間の経過とともにどの程度の伸びに耐えられるかということです。 洗濯後に少し縮んだセーターを引っ張ることを想像してください。 繊維の強度が弱ければ強いほど、衣類の形状を保持する可能性が低くなります。 もう一つの問題は靭性です。 簡単に言えば、材料が分解する前にどれだけのエネルギーを吸収できるかということです。 古いセーターは引っ張るだけで簡単に穴が開いてしまいます。 一方、防弾素材であるケブラーは文字通り銃弾を受け止めます。

残念ながら、この XNUMX つの特性は今日の人工材料では相互に排他的である、と研究チームは述べています。

しかし、自然には解決策があります。クモの糸は強くて丈夫なのです。 問題は、安全かつ効果的な環境でシルクを生産するために節足動物を苦しめることです。 これらの動物は凶悪な捕食者です。 飼育されているXNUMX匹の蚕は安心して寄り添うことができます。 XNUMX匹のクモを一緒に投げると、大惨事になり、そのうち生き残るのはXNUMX匹かXNUMX匹だけです。

クモの子宮

カイコとクモの良いところを組み合わせられたらどうなるでしょうか?

科学者たちは 長い間望んでいた エンジニア「会う-かわいい遺伝子工学の助けを借りて、XNUMXつの種の日付を決定しました。 いいえ、異種間ラブコメではありません。 主なアイデアは、カイコにクモの糸を生成する能力を遺伝的に与えることです。

しかし、クモの糸タンパク質をコードする遺伝子は大きい。 そのため、自然の細胞を圧倒して細胞を破壊することなく、他の生物の遺伝コードに組み込むことが困難になります。

ここで、チームは最初に計算手法を使用してシルクの最小構造を突き止めました。 結果として得られたモデルは、カイコとクモの間のシルクタンパク質の違いをマッピングしました。 幸いなことに、どちらの種も、ポリアミド繊維と呼ばれる類似のタンパク質構造から繊維を紡ぎ出しますが、それぞれが異なるタンパク質成分に基づいています。

もう XNUMX つの幸運は、解剖学が共有されていることです。 「家蚕の絹糸腺とクモの糸腺は非常に似た物理的および化学的環境を示す」と研究チームは述べた。

このモデルを使用して、彼らはシルクの強度と靭性を高める重要な成分である、比較的小さなシルクタンパク質である MiSp を特定しました。 Araneus ventricosus 東アジアから来たクモ。

次に、遺伝子編集ツールである CRISPR-Cas9 を使用して、チームは MiSp をコードする遺伝子をカイコに追加しました。つまり、クモの糸を紡ぐようにカイコを再調整したのです。 これを実現するには技術的な悪夢が必要でした。 何百万もの 蚕の受精卵にマイクロインジェクションを行い、糸紡糸腺を編集します。 正気度をチェックするために、研究チームはカイコの目を忘れられないほど赤く光らせる遺伝子も追加した。これは成功の合図だった。

研究著者 Junpeng Mi さんは、筆頭著者である Meng Qing 博士のオフィスに「踊りながら、ほとんど走っていきました」。 「興奮で目が覚めてしまったので、その夜のことは鮮明に覚えています」とミーさんは語った。

結果として得られるミミズクモのシルクは、ケブラーよりも約 XNUMX 倍丈夫ですが、依然として柔軟性があります。 MiSp を使用した繊維は常に伸縮性があるわけではないため、これは驚くべきことだとジョーンズ氏は言います。 おまけに、カイコは繊維を強化するために一種の保護膜を自然に吹き付けました。 これにより、彼らは潜在的に より耐久性のある これまでの人工的に作られたクモの糸よりも優れています。

研究チームは、医療用縫合糸用の生物学的に適合したシルクを設計するための計算モデルをさらに研究しています。 さらに、彼らはよりクリエイティブになることを望んでいます。 合成生物学者は長い間、人工アミノ酸（タンパク質を構成する分子部分）の開発を望んできました。 生分解性繊維に合成アミノ酸を加えたらどうなるでしょうか?

「XNUMXを超える人工アミノ酸の導入により、人工クモ糸繊維には無限の可能性が秘められています」とミ氏は語った。

画像クレジット: 中国、上海の東華大学生物科学医工学部、Junpeng Mi 氏

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://singularityhub.com/2023/09/26/transgenic-silkworms-spin-spider-silk-6x-tougher-than-kevlar/