Шелк паука, сделанный фотосинтезирующими бактериями

Пауки производят удивительно прочные и легкие нити, называемые драглайнами, которые сделаны из протеинов шелка. Хотя их можно использовать для производства ряда полезных материалов, получить достаточное количество белка сложно, потому что пауки производят их в небольшом количестве. В новом исследовании, опубликованном в журнале Communications Biology, группе под руководством Кейдзи Нумата (Keiji Numata) из Center for Sustainable Resource Science (CSRS), RIKEN удалось произвести такой шелк с использованием фотосинтезирующих бактерий. Это исследование может открыть новую эру, в которой фотосинтетические биофабрики будут стабильно производить большую часть шелка поука. Такой шелк не только прочный и легкий, но и биоразлагаемый и биосовместимый. 

«Паучий шелк потенциально может быть использован в производстве высокоэффективных и прочных материалов, таких как износостойкая одежда, автомобильные детали и аэрокосмические компоненты. Его биосовместимость делает его безопасным для использования в биомедицинских приложениях, таких как системы доставки лекарств, устройства для имплантации и каркасы для тканевой инженерии», - объясняет один из исследователей Чун Пин Фунг (Choon Pin Foong).

Поскольку от одного паука можно получить только следовое количество, и поскольку разведение большого количества пауков затруднено, были предприняты попытки произвести искусственный шелк паука различными способами. Команда CSRS сосредоточилась на морской фотосинтетической бактерии Rhodovulumulfidophilum. Эта бактерия идеальна для создания устойчивой биофабрики, поскольку она растет в морской воде, использует атмосферный углекислый газ и азот, солнечную энергию, то есть неисчерпаемые ресурсы. 

Исследователи с помощью генной инженерии создали бактерию для производства белка MaSp1, основного компонента нитей паука Nephila, который, как считается, играет важную роль в прочности паучьего шелка. Оптимизация последовательности гена, которую они вставили в геном бактерии, позволила максимально увеличить количество производимого шелка. Они также обнаружили, что простой рецепт - искусственная морская вода, бикарбонатная соль, газообразный азот, дрожжевой экстракт и облучение ближним инфракрасным светом - позволяет R.ulfidophilum хорошо расти и эффективно производить белок шелка. Дальнейшие наблюдения подтвердили, что поверхность и внутренняя структура волокон, производимых бактериями, очень похожи на те, которые производятся пауками естественным образом. 

«Наше текущее исследование подтверждает концепцию возможности промышленного производства паучьего шелка с помощью фотосинтезирующих бактерий. Сейчас мы работаем над массовым производством белков паучьего шелка с более высоким молекулярным весом», - говорит Нумата. «Фабрики фотосинтетических микробных клеток, которые производят биологические и биоразлагаемые материалы с помощью углеродно-нейтрального биопроцесса, могут помочь нам в достижении некоторых целей в области устойчивого развития, принятых Организацией Объединенных Наций, таких как Цель № 12«Ответственное производство» и потребление и цель № 13 «Климатические меры». Наши результаты помогут найти практические решения для энергетического, водного и продовольственного кризисов, проблем с твердыми отходами и глобального потепления».

По материалам