https://bitly.su/KjummQ
В комиксах Человек-паук бросает свой паучий шелк по своему усмотрению. В реальной жизни изготовление искусственного - или синтетического - паутинного шелка не так просто. Но теперь исследователи нашли способ сделать гибкие и в то же время сверхпрочные нити.
Человек-паук чудо
Ученым теперь удалось сделать реальное дело в гораздо меньшем масштабе, в лаборатории. Результаты могут иметь множество возможных применений."Теперь мы можем делать это так, как это делают пауки", - говорит Анна Райзинг.
Она работает в Шведском университете сельскохозяйственных наук в Уппсале и Каролинском институте в Стокгольме (Швеция). Будучи медицинским биохимиком, она изучает химические процессы, важные для живых существ. Восстание сначала стало ветеринаром.
Потом ее заинтересовала задача изготовления синтетического паутинного шелка. Это может быть большой помощью для медицины, для производства и даже для производства снаряжения для защиты солдат.
Восстание объединилось с Яном Йоханнесоном, другим медицинским
биохимиком в этих школах. Протеины шелка паука интересовали его из за
его работы над болезнью Альцгеймера.
При этом заболевании в мозгу скапливается белок. Эти комки блокируют
нормальную работу мозга и повреждают нервные клетки. И то, как белки
соединяются, в обоих случаях одинаково.Идея нового процесса возникла по мере того, как ученые изучали, что пауки делают естественным образом.
Каждая молекула протеина паутинного шелка похожа на длинную цепочку из трех основных частей. Самая длинная часть имеет сегменты, которые повторяются снова и снова (известные как "повторяющиеся"). Если посмотреть на эту длинную часть под мощным микроскопом, то она будет выглядеть как башни из сложенных блоков Lego, соединенных пружинами, объясняет Рэнди Льюис.
Он биохимик в Университете штата Юта в Логане и не работал над проектом. Он отмечает, что места для хранения ног обеспечивают силу. Пружинные секции придают материалу эластичность или растяжение.
В начале этой длинной части находится отдельная часть протеина паутинного шелка. Другая часть присоединяется к концу. Шелковые протеины могут прикручиваться друг к другу, когда шелк вращается. Это делает шелковые волокна большой длины.
Что такое ПЦР?
Пауки имеют железы в животе, которые содержат шелковистые протеины в растворе на водной основе. Для изготовления синтетического паутинного шелка команде Rising понадобились строительные блоки, из которых можно было бы получить аналогичный исходный белок.
Восстание началось с сбора пауков из Южной Африки. Затем она, Йоханссон и другие исследователи изучали паутинный шелк и его гены. На основании этого они выяснили, какая часть генетического кода паука будет содержать шелковый белок. Для создания большого количества копий этих сегментов ДНК они использовали процесс, называемый цепной реакцией полимеразы , или ПЦР.
Araneus ventricosus - один из двух видов, чья ДНК была использована исследователями для создания нового синтетического паутинного белка.
Восставшие и группа Йоханссона затем поместили этот генетический материал в кусочки их ДНК, которые легко могли попасть в бактерии. Бактерии добавили эти кусочки в свою ДНК и теперь могут составлять часть натурального шелка.
Но была одна проблема. Небольшие количества, которые они сделали, были не очень растворимы в воде. Это означало, что команда не сможет смешать его с таким раствором на водной основе, как тот, что содержится в шелковых железах пауков.
Между тем, китайские исследователи провели аналогичную работу с азиатским пауком, Araneus ventricosus. Обе группы объединили свои усилия и разработали гибридный белок. Они выбрали те части каждого вида пауков, которые наиболее растворимы в воде.
Начало было положено из шелка африканского паука. Последняя часть была от азиатского паука. Для середины исследования использовали два повторения с африканского паука. (Натуральный шелковый белок паука содержит около 100 таких повторов.)
Команда тренировала бактерии, чтобы сделать этот гибридный белок. Затем они приготовили раствор протеина в воде, концентрированный до 50%. Это похоже на концентрацию в паутинных железах.
https://bitly.su/g0zq
Получение белков для изготовления волокон.
Затем возникла проблема с перекруткой белков в волокна. Когда сальник паука выкачивает раствор, уровень pH раствора падает. Группа Восстания посчитала, что нужно сделать что-то подобное.
Для имитации того, как пауковый шелк становится более кислым по мере его вытягивания, новая технология группы перекачивает раствор через тонкую трубку. Диаметр наконечника трубки сужается в конце. Это заставляет белковый раствор превращаться в струйный поток.
Поток опорожняется в стакан с кислым раствором на водной основе. Когда струя протеина проходит через эту жидкость, ее pH падает. Затем отдельные белки соединяются. Это приводит к тому, что они выпадают из раствора в виде волокон. Полученную прядь синтетического шелка можно вытащить из стакана и намотать на катушку или карту.
К еще более прочному шелку.
Группе Льюиса в штате Юта уже удалось растворить протеины шелка-паука в воде. В 2015 году эти исследователи сообщили о том, что сделали из них шелк другим способом. Однако уровень белка в этом растворе был значительно ниже, чем уровень белка в группе Райзинга.
Льюис отмечает, что шелковый белок, изготовленный группой Райзинга и Йоханссона, содержит всего пару повторов. Он подозревает, что больше повторов в этом шелке укрепит нити.
Йоханссон согласен, что было бы лучше иметь больше повторов. Более того, он считает, что сохранение белка хорошо растворимым также очень важно. И более короткий повторяющийся раздел, вероятно, поможет в этом. Но шелк, изготовленный по новой технологии, уже на треть прочнее натурального паутинного шелка. И все же их всего лишь на два процента больше, чем в шелке южноафриканского паука.
Новая работа важна, говорит Льюис. "Это дает интересную возможность значительно упростить процесс прядения." И, добавляет он, если это работает на большие белки, "это возможно большое достижение".
Ведь выращивание пауков для сбора натурального шелка нецелесообразно. Каждый из них должен был расти один, иначе они могли бы съесть друг друга. И возникнут и другие проблемы.
Синтетический шелк может иметь множество применений. "Шелк пауков обладает уникальным сочетанием прочности и эластичности", - отмечает Льюис. В медицине пауковый шелк может работать как шов. Он может восстановить сухожилия. Это может помочь поврежденным нервам ремонтировать себя. Это может даже создать основу для выращивания замещающих тканей в лаборатории.
Для военных синтетический паутинный шелк может попасть в защитную экипировку. Например, прочные волокна могут помочь предотвратить проникновение крошечных фрагментов взрывных устройств в кожу и инфекции. В промышленности пауко-подобный шелк может использоваться для изготовления прочных, легких деталей для самолетов и автомобилей. "Одна из вещей, которую мы обнаружили, это то, что вам даже не нужно использовать [шелк] для изготовления волокон, - говорит Льюис. Белки могут попасть в покрытия, гели, пленки или клеи.
Прежде чем синтетический шелк будет готов к массовому производству, необходимо проделать дополнительную работу. Однако спустя 13 лет Rising рада, что ее интернациональная команда наконец-то нашла способ подражать тому, как пауки крутят свой шелк. "Это был один из проектов, в котором все работает, по сути, просто так", - говорит она.