Биологическая сталь – новый продукт генетиков

Биологическая сталь – новый продукт генетиков

13.02.2015

Профессор университета Токио Синсу Масао Нагакаки с группой ученых нашли новый метод получения сверхпрочного волокна из биологической паутины. Материал, получаемый из этих волокон, идет на производство не только одежды, но и сверхпрочных бронежилетов.

Японским специалистам удалось встроить гены паука в хромосому тутового шелкопряда. После этого шелкопряд стал вырабатывать волокно, обладающее свойствами шелка и паутины. Внешне материал из такого волокна не отличается от шелка, но он гораздо более прочный и долговечный.

Паутина поистине уникальный материал, она в 5 раз прочнее стали и легче ее в 7 раз. Паутина растягивается на 15% и затем снова легко возвращается в исходные размеры. Ни один из известных сейчас полимеров не имеет таких же свойств. Натуральная паутина выдерживает нагрузки до 450 МПа, что объясняется ее повышенной молекулярной подвижностью из-за входящих в ее состав молекул воды, которые составляют 60-70% волокна. При отсутствии воды паутина была бы очень хрупкой и ломалась. Даже при ударе, равном по силе энергии пули, паутина не разорвется. Все это делает ее самым крепким материалом в мире. Например, соткав сетку из такого волокна диаметром 0,7-0,8 мм, ею можно остановить даже летящий самолет.

Но получить естественным путем нить такого диаметра невозможно. Искусственную паутину создать также сложно, так как она состоит из двух видов белка крупного размера, и поэтому генетикам не так просто создать ее аналог. Однако генная модификация смогла помочь.

Специалисты компании Nexia Biotechnologies из Канады нашли сходство строения желез коз и секреторных желез пауков, которые вырабатывают паутину. В ДНК козы был введен ген паука, который отвечает за кодирование белков паутины. И в молоке коз с генами паука появились белки паутины. Полученный из такого молока материал получил название биологическая сталь. Данной разработкой заинтересовался Пентагон. Биосталь будет применяться в производстве брони танков и бронежилетов. Есть только одна, но весомая проблема. Выделить из молока необходимое количество концентрата для получения материала получается немного, и стоит он тысячу долларов за один грамм.

Российские ученые пошли своим путем и для создания паутины используют дрожжи. Специалисты ГосНИИгенетики смогли ввести гены паука в клетки дрожжей, которые растут на метаноле.

Однако получить белок паутины – это лишь начало пути. Качество материала зависит и от способа плетения нити. Паук плетет свою паутину особым способом, и повторить его сложно. Ни один созданный аналог паутины не сопоставим с натуральной паутиной. Но ученые продолжают исследования. Израильские исследователи совместно с канадцами благодаря генной инженерии создали волокна, практически соответствующие натуральной паутине. Им удалось выделить гены садового паука и кодировать белки канатного шелка. Полученные таким образом волокна оказались в 6 раз прочнее нейлона и такими же эластичными.

Если ученые создадут технологии, которые позволят производить искусственную паутину в промышленных масштабах, то это откроет перед человечеством новые возможности. Из искусственной паутины можно будет создавать сверхпрочные и сверхлегкие бронежилеты, микропроводники, универсальные канаты, оптические волокна. Но основным потребителем искусственной паутины, конечно, станет медицина. Уже сегодня в Израиле имеет патент зубная паутинная нить.

При переломах такую паутину можно вводить в места переломов и других повреждений тканей и костной системы человека и использовать ее как каркас, на который будет нарастать новая ткань. Отторжения такой ткани не будет.

Промышленное производство биологической паутины откроет массу перспективных направлений в современной биоинженерии.