중국 과학자들은 유전자 변형 누에로부터 케블라 등 "대부분의 천연 및 합성 섬유"보다 더 강한 완전한 거미줄 섬유를 최초로 합성했습니다.
유전자 변형 누에로 만든 거미줄. 사진: 미준펑
9월 20일 매터(Matter) 저널에 발표된 한 연구에서 상하이 동화대학교 과학자들은 거미줄 섬유가 높은 인장 강도와 뛰어난 인성을 모두 가지고 있다고 보고했습니다. 거미줄의 인성은 케블라(Kevlar)보다 6배 더 강하고, 인장 강도(늘렸을 때 장력을 견디는 능력)는 나일론보다 높습니다. 이 연구의 주저자인 미 준펑(Mi Junpeng)은 이 새로운 섬유가 수술용 봉합사, 방탄복, 스마트 소재, 항공우주 기술 등 다양한 분야에 활용될 수 있다고 밝혔습니다.
연구팀은 유전자 편집 도구인 CRISPR-Cas9를 사용하여 거미줄 단백질 유전자를 첨가함으로써 누에알에 유전자 변형을 일으켰습니다. 이 변형으로 형광 현미경으로 관찰한 결과, 누에의 눈이 빛났습니다. 유전자 변형 누에가 거미줄 단백질을 생산하는지 확인하기 위해 연구진은 먼저 실크의 구조를 더 잘 이해해야 했습니다. 연구진은 실험에서 성공적으로 검증된 실크 구조 모델을 사용했습니다.
미에 따르면 가장 큰 과제 중 하나는 거미 단백질을 "국재화"하여 누에 단백질과 상호작용하도록 하는 방법을 알아내는 것이었습니다. 모델링을 통해 효율적인 통합을 위해 어떤 수정이 필요한지 더 잘 이해할 수 있었습니다. 또한, 미는 성공적으로 변형된 누에를 수집하는 것 또한 어려웠다고 말했습니다. 형질전환 누에 몇 마리를 얻는 데 최대 100개의 알이 필요했기 때문입니다. 누에는 "하루에 여러 번 먹이를 먹기" 때문에 정기적인 관리가 필요했습니다.
거미줄은 환경 친화적이며, 생산에 많은 에너지가 필요하고 환경을 오염시키는 나일론이나 케블라 같은 합성 섬유보다 더 강하고 유연합니다. 또한, 누에가 생산하는 천연 실크보다 더 강하고 잘 부러지지 않습니다. 하지만 거미줄은 동족을 잡아먹는 성질이 있어 대량으로 사육할 수 없기 때문에 대량 생산이 어렵습니다.
인공 거미줄은 이상적인 소재가 아닙니다. 연구자들이 실크 방적 메커니즘을 완전히 이해하지 못하기 때문에 가장 진보된 생산 방식조차도 자연 구조를 완벽하게 모방할 수 없기 때문입니다. 실크는 또한 인공적인 방법으로는 모방할 수 없는 천연 보호 큐티클을 가지고 있습니다. 누에와 거미의 분비샘 또한 유사한 특성을 가지고 있기 때문에 연구팀이 생산한 실크는 구조적 및 보호적 특성을 그대로 유지합니다.
앞으로 미와 그의 동료들은 합성 아미노산을 사용하여 실크를 개질하고 더욱 내구성이 뛰어난 버전을 생산할 것입니다.
안캉 ( SCMP 에 따르면)
실크는 어떻게 발명되었을까?, 실크로 만든 하드 드라이브
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