تحول در تولید الیاف طبیعی؛ محققان ژنتیک توانستند از کرم ابریشم تارعنکبوت تولید کنند

محققان دانشگاه دونگوای چین در پژوهش تازه‌ای که در مجله Matter به چاپ رسیده است، توانستند با استفاده از تکنیک‌های اصلاح ژنتیکی، نحوه استفاده از کرم ابریشم برای تولید تار عنکبوت را کشف کنند.

تار عنکبوت نوعی از الیاف بیولوژیکی از جنس پروتئین است که توسط عنکبوت‌ها تنیده می‌شود. بسیاری از این الیاف دارای خواصی استثنایی؛ از جمله استحکام بالا، کشش‌پذیری و چقرمگی، و تحمل حجم زیادی از انرژی تا قبل از پاره‌شدن هستند.

اما ابریشمی که از کرم‌های ابریشم بوجود می‌آید از نظر ساختار مکانیکی دارای مقاوم کمتری هستند ولی در عوض برداشت آن بسیار آسان‌تر است و می‌توان آن را در حجم انبوه تولید کرد.

موارد استفاده از تار عنکبوت

«ژونپنگ می»، یکی از نویسندگان این مقاله و دانشجوی دکترای دانشکده علوم بیولوژیکی و مهندسی پزشکی دانشگاه دونگوا در این رابطه گفت که با این یافته تازه، می‌توان برای تولید تار عنکبوت، به جای خود عنکبوت‌ها از کرم‌های ابریشم استفاده کرد.

محصول نهایی آن می‌تواند برای ساخت محصولات مراقبت‌های بهداشتی و برای ساخت جلیقه‌های ضد گلوله استفاده گردد. به علاوه، این الیاف نسبت به الیاف نایلونی از میزان سازگاری بالاتری با محیط‌زیست برخوردار هستند و در صنایعی از جمله، پزشکی، فناوری هوافضا و مهندسی زیست‌پزشکی کاربرد دارند.

هنگامی که صحبت از کاربردهای بالقوه تار عنکبوت می‌شود، اولین چیزی که به طور طبیعی به ذهن می‌رسد استفاده از آن به عنوان یک نخ بخیه قابل جذب است. در سطح جهان، سالانه دست‌کم ۳۰۰ میلیون عمل جراحی انجام می‌شود و از نخ‌های غیر قابل جذبی همچون نایلون استفاده می‌شود که به خودی خود، باعث آسیب بیشتر به بیمار می‌شود.

«ژونپنگ می» افزود: «علاوه بر این، می‌توان از این الیاف در تولید لباس‌های با کیفیت و حتی در ساخت جلیقه‌های ضدگلوله نوآورانه استفاده کرد. نویسندگان در این مقاله نوشتند: «این یافته‌ها پیامدهای قابل‌توجهی برای تولید الیاف تجاری دارند که می‌توانند توامان دارای استحکام بالا و چقرمگی فوق‌العاده باشند.»

چگونه تار عنکبوت را از کرم ابریشم بدست آوریم

محققان با استفاده از فناوری ویرایش ژن CRISPR-Cas9 و از طریق ریزتزریق‌ دی.‌اِن.اِی. اصلاح‌شده به کرم ابریشم بارور، توانستند کرم‌های ابریشم را اصلاح ژنتیکی کنند.

«ژونپنگ می» در بیانیه‌ای اعلام کرد: « در حال حاضر تنها ابریشم حیوانی که تولید انبوه آن تجاری‌سازی شده و تکنیک های پرورش آن به خوبی تثبیت شده است همان ابریشمی است از کرم ابریشم به دست می‌آید. در نتیجه، استفاده از کرم‌های ابریشم اصلاح‌شده ژنتیکی برای تولید الیاف تار عنکبوت، تجاری‌سازی کم‌هزینه و انبوه آن را ممکن می‌سازد.»

این محققان همچنین از «اصلاح موقعیت‌یابی» بر روی پروتئین‌های تار عنکبوت استفاده کردند، که آنها را قادر می‌سازد در جای دقیق و درستی در غدد کرم ابریشم تعبیه شوند و با موفقیت تار عنکبوت را تولید کند.

آیا تجاری‌سازی تار عنکبوت ممکن است؟

نویسندگان در مقاله ابریشم کرم ابریشم-عنکبوت تراریخته نوشتند: «این الیاف استحکام کششی قابل توجهی (۱۲۹۹مگاپاسکال) و چقرمگی (۳۱۹مگاژول بر متر مکعب) را نشان دادند که از چقرمگی الیاف کولار ۶ برابر بیشتر بود.»

امید است که این تحقیق بتواند راه را برای کاهش استفاده از الیاف مصنوعی مانند نایلون هموار کند؛ چرا که اولا الیاف مصنوعی سبب آزاد شدن میکروپلاستیک‌ها می‌شود و در درجه دوم اینکه برای تولید آن باید از سوخت‌های فسیلی استفاده شود.

با این حال، تولید مصنوعی تار عنکبوت تا کنون کار آسانی نبوده است، چرا که تار باید به گونه‌ای تنیده می‌شود که گلیکوپروتئین و لیپید روی آن را می‌پوشاند و به مقاومت در برابر رطوبت و قرار گرفتن در معرض نور خورشید کمک می‌کند.

استفاده از کرم ابریشم این مشکل حل نشده را حل کرد، زیرا خود کرم ابریشم می تواند تار را در این لایه محافظ بپوشاند.

«ژونپنگ می» گفت: «ما معتقدیم که جایگزینی کامل الیاف مصنوعی مانند نایلون با تار عنکبوت مدتی طول می‌کشد، اما حوزه‌های خاصی مانند بخیه‌های جراحی می‌توانند فورا این محصول را جایگزین الیاف مصنوعی تجاری کنند.»

علاوه بر این، صنعت نساجی چشم‌انداز خوبی برای تولید تار عنکبوت برای جایگزینی الیاف مصنوعی دارد. هیچ تفاوتی در پرورش کرم‌های ابریشم معمولی و کرم‌های ابریشم اصلاح‌شده ژنتیکی وجود ندارد و هزینه‌ها افزایش نمی‌یابد. چین سالانه ده‌ها هزار تن ابریشم تولید می‌کند. من معتقدم در آینده ای نه چندان دور شاهد تجاری‌سازی آن خواهیم بود.»