Kinesiska forskare har syntetiserat den första kompletta spindelsilkesfibern från genetiskt modifierade silkesmaskar, vilken är starkare än "de flesta naturliga och syntetiska fibrer" som Kevlar.
Spindeltråd producerad av genetiskt modifierade silkesmaskar. Foto: Mi Junpeng
I en studie som publicerades den 20 september i tidskriften Matter rapporterade forskare vid Donghua University i Shanghai att spindeltrådsfibrer har både hög draghållfasthet och exceptionell seghet. Spindeltrådens seghet är sex gånger större än Kevlars och draghållfastheten (förmågan att motstå spänningar när de sträcks) är högre än nylons. Mi Junpeng, studiens huvudförfattare, sa att de nya fibrerna har många tillämpningar, inklusive kirurgiska suturer, skottsäkra kläder, smarta material och flygteknik.
Teamet använde genredigeringsverktyget CRISPR-Cas9 för att genetiskt modifiera silkesmaskägg genom att lägga till en gen för spindeltrådsproteiner. Denna modifiering fick silkesmaskarnas ögon att glöda under ett fluorescensmikroskop. För att säkerställa att de genetiskt modifierade silkesmaskarna producerade spindelproteiner behövde forskarna först bättre förstå silkets struktur. De använde en modell av silkesstruktur som hade testats framgångsrikt i experiment.
En av de stora utmaningarna, enligt Mi, var att lista ut hur man skulle "lokalisera" spindelproteinerna så att de kunde interagera med silkesmaskproteinerna. Modellering gjorde det möjligt för dem att bättre förstå vilka modifieringar som behövde göras för att säkerställa effektiv integration. Dessutom, sa Mi, var det också en utmaning att samla framgångsrikt modifierade silkesmaskar, eftersom det krävdes upp till 100 ägg för att få några transgena silkesmaskar. Silkesmaskar krävde också regelbunden vård eftersom de "äter flera gånger om dagen".
Spindeltråd är miljövänlig, starkare och mer flexibel än syntetiska fibrer som nylon och kevlar, vilka kräver hög energi för att producera och förorena miljön. Spindeltråd är också starkare och mindre spröd än naturligt siden som produceras av silkesmaskar. Men storskalig produktion av spindeltråd är svår eftersom spindlar är kannibalistiska och inte kan födas upp sida vid sida i stort antal.
Konstgjord spindeltråd är inte idealisk eftersom inte ens de mest avancerade produktionsmetoderna helt kan efterlikna den naturliga strukturen eftersom forskare inte helt förstår mekanismen för sidens spinning. Siden har också en naturlig skyddande kutikula som inte kan simuleras artificiellt. Körtlar hos silkesmaskar och spindlar har också liknande egenskaper, så sidenet som produceras av forskargruppen behåller sina strukturella egenskaper och skyddande lager.
I framtiden kommer Mi och kollegor att använda syntetiska aminosyror för att modifiera siden och producera mer hållbara versioner.
An Khang (enligt SCMP )
Hur uppfanns siden? , Hårddiskar gjorda av siden
[annons_2]
Källänk
Kommentar (0)