Каждый день открывает нам новые удивительные открытия, а некоторые из них, хоть и сделаны уже давно, широкой публике стали интересны только сейчас. Одним из таких открытий стала публикация канадской биотехнологической компании Nexia во всемирно известном научном журнале Science. В ней Nexia рассказала о том, как ей удалось произвести рекомбинантные волокна паутинного шелка из генетически модифицированных клеток млекопитающих.
Шелковые волокна, производимые пауками в естественных условиях, являются одними из самых прочных шелковых тканей, производимых в природе. При этом, такой шелк в пять раз прочнее стали, при условии, что количество рассматриваемого при сравнении материала одинаково. Если бы было доступно достаточное количество паучьего шелка, он мог бы иметь потенциальное применение, такое как медицинские швы, биоразлагаемые рыболовные лески и даже бронежилеты.
Часть проблемы в производстве белков шелка заключается в том, что они должны иметь определенную молекулярную структуру, чтобы правильно прясться и иметь полезные биомеханические характеристики. Nexia Biotechnologies потратила несколько лет, пытаясь выделить гены паучьего шелка и экспрессировать(преобразовать в функциональный продукт) их у млекопитающих. После успешной экспрессии белков шелка в молоке трансгенных (модифицированных при помощи генной инженерии) коз исследователи из Nexia сообщили о производстве первых в мире волокон паутинного шелка из искусственных материалов, которые обладают свойствами, аналогичными натуральному паутинному шелку. Nexia окрестила рекомбинантный шелк "биосталью".
Метод производства шелковых волокон был разработан Nexia совместно с Командованием по биологическому химическому оружию солдат армии США (SBCCOM). С мая 1999 года Центр солдат Natick при SBCCOM сотрудничает с Nexia в рамках Соглашения о совместных исследованиях и разработках (CRADA). Команда сообщила о своем успехе в научной статье, в которой описывается производство ряда различных белков паутинного шелка с помощью методов клеточной культуры с использованием генов шелка, полученных от двух разных видов пауков, araneus diadematus и Nephila clavipes. Было задокументировано, что паутинные шелка этих видов являются одними из самых прочных. Исследователи использовали эпителиальную клеточную линию молочной железы крупного рогатого скота и клеточную линию почек хомяка (BHK), в которой экспрессировал ген шелка. В клеточной линии BHK производство белка паутинного шелка оценивалось примерно в 20 мкг на 106 клеток в день.
Мономерные шелковые белки паучьего вида diadematus пряли из водного раствора для получения нерастворимых в воде волокон биостали. Эти волокна были проверены на ряд механических свойств, и сравнивались с натуральным паутинным шелком. Исследователи обнаружили, что используемые условия прядения были адекватны для получения волокон с механическими свойствами, аналогичными натуральному паутинному шелку, однако при этом имели более низкую прочность, чем натуральный аналог. Ударная вязкость измеряет количество энергии, которое волокна могут поглотить перед разрушением, а шелк паука является одним из самых прочных материалов в мире. По сути, первоначальные волокна биостали были способны поглощать такое же количество энергии, как натуральный паутинный шелк. Волокна также имели хорошую водостойкость, и были однородными по диаметру.
Комментируя достижение Nexia, Джеффри Тернер, президент и главный исполнительный директор, сказал:
«Имитация свойств паучьего шелка долгое время была святым Граалем материаловедения, и теперь мы смогли сделать полезные волокна. Достигнув этого принципиального доказательства, Nexia теперь перешла к коммерческому развитию для многочисленных применений, таких как медицинские швы, биоразлагаемые лески, мягкие бронежилеты и композиты из уникальных материалов. Наша стратегия двояка: производить большое количество биостали при помощи нашей запатентованной трансгенной козьей технологии, и оптимизировать процессы прядения для создания разнообразных паучьих шелков с определенными свойствами».
Вице-президент компании по исследованиям и разработкам Костас Н. Каратзас добавил:
«Эти результаты замечательны. Во-первых, мы смогли производить мономеры и прядильные волокна в водной среде, тем самым имитируя паукообразный способ прядения шелка, процесс, который был усовершенствован 400 миллионов лет эволюции. Использование этих решений в производстве биостали на водной основе для крупномасштабного прядения волокна будет значительно более экологически чистым, чем использование жестких растворителей, таких как те, которые используются для большинства производств синтетических волокон. Во-вторых, материал из клеток млекопитающих пряли в волокна со значительной прочностью. В прошлом ученые были успешны в производстве белков паучьего шелка в бактериях и дрожжах, но по ряду причин не смогли создать волокна с заметными свойствами. Теперь, с доступностью волокон биостали, полученных из млекопитающих, мы можем начать оптимизировать процесс прядения, чтобы адаптировать её свойства для широкого спектра применений. Мы благодарны команде армии США в Natick и другим нашим сотрудникам за их экспертное руководство в этом проекте».
Источник: Научная статья под названием «Spider Silk Fibres Spun from Soluble Recombinant Silk Produced in Mammalian Cells (Волокна паучьего шелка, сплетенные из растворимого рекомбинантного шелка, произведенного в клетках млекопитающих)», была написана А. Лазарисом, Ю. Хуангом, Дж.-Ф. Чжоу, Ф. Дюге, Н. Кретьен, К. Н. Каратзас, С. Арчидиаконо, Э. А. Уэлш и Дж. Она была опубликована в Science (2002) Volume 295, pp. 472-476.
