Geçen gün karavanımın içinde yarı uykuluyken bir örümcek ağına balıklama daldım.

Çığlıklar bir yana, mantıksal tarafım, tek bir tüyler ürpertici sürüngenin bu kadar karmaşık ve şaşırtıcı derecede esnek ve esnek bir ağı sadece birkaç saat içinde ne kadar hızlı ördüğüne hayret etti.

Örümcek ipeği bir doğa harikasıdır. Sağlamdır ve hasara karşı dayanıklıdır ancak aynı zamanda oldukça esnektir. Hafif, güçlü ve biyolojik olarak parçalanabilen ipek, cerrahi dikişlerden kurşun geçirmez yeleklere kadar her şey için kullanılabilir.

Neden bu ipeklerden daha fazlasını insan tüketimi için üretmeyelim? Örümcekler korkunç biyolojik üretim makineleridir. Tüyler ürpertici faktör bir yana, çok kavgacıdırlar; birkaç yüz tanesini bir araya getirirseniz kısa süre sonra elinizde bir avuç kazanan ve çok az ürün kalır.

Ancak genetik mühendisliği sayesinde artık örümcek ipeği üretiminde örümcekleri tamamen atlamanın bir yolunu bulabiliriz.

In Bir çalışma Geçtiğimiz hafta Çin'deki Donghua Üniversitesi'nden bir ekip, örümcek ipeği üretebilen genetiği değiştirilmiş ipekböcekleri yaratmak için CRISPR'ı kullandı. Ortaya çıkan iplikler, kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan sentetik bir bileşen olan Kevlar'dan daha sağlamdır. Sentetik malzemelerle karşılaştırıldığında bu tür örümcek ipeği, üretim için kolayca ölçeklendirilebilen biyolojik olarak çok daha parçalanabilir bir alternatiftir.

Araştırmada yer almayan Utah Eyalet Üniversitesi'nden Dr. Justin Jones, yeni örgüye onay verdi. Ortaya çıkan malzemenin "gerçekten yüksek performanslı bir elyaf" olduğunu söylüyor. şuraya için Bilim.

Bu arada yazarlara göre stratejileri örümcek ipeğiyle sınırlı değil. Çalışma, olağanüstü güç ve esnekliğe sahip ipek malzemeleri oluşturmak için çeşitli biyofiziksel prensipleri ortaya çıkardı.

Daha fazla deney yapılması potansiyel olarak mevcut yeteneklerin ötesinde yeni nesil tekstil ürünleri ortaya çıkarabilir.

Solucanlar, Eklembacaklılar ve Tarih Hakkında

Doğa, son teknoloji malzemeler için zengin bir ilham kaynağı sunar.

Banyo havlularınızı asabilecek veya çocuğunuzun ayakkabılarını sabitleyebilecek cırt cırtlı malzeme olan Velcro'yu alın. Her yerde bulunan malzeme şuydu: ilk kez 1940'larda İsviçreli mühendis George de Mestral tarafından tasarlandı yürüyüşten sonra pantolonundaki çapakları temizlemeye çalışırken. Mikroskop altında daha ayrıntılı bir inceleme, çapakların kumaşta ilmekler oluşturan keskin kancalara sahip olduğunu gösterdi. De Mestral, yürüyüş sıkıntısını bugün tüm hırdavat mağazalarında bulunan cırt cırtlı kumaşa dönüştürdü.

Daha az dikenli bir örnek ipektir. İlk kez antik Çin tarafından kültürlendi yaklaşık 5,000 yıl önceİpek, kıvrımlı, yuvarlak ipekböceklerinden eğirilir ve ilkel tezgahlar kullanılarak kumaş haline getirilir. Bu narin ipekler Doğu Asya'ya ve batıya yayılarak efsanevi İpek Yolu'nun kurulmasına yardımcı oldu.

Ancak ipek bir elbiseye veya çarşafa sahip olan herkesin bileceği gibi, bunlar kolaylıkla yırtılabilen ve parçalanabilen inanılmaz derecede hassas malzemelerdir.

İpekböceği ipeğiyle karşılaştığımız zorluklar çoğu malzeme tarafından paylaşılıyor.

Sorunlardan biri dayanıklılıktır: Bir malzemenin zamanla ne kadar esnemeye dayanabileceği. Biraz küçülmüş bir kazağı yıkadıktan sonra çektiğinizi hayal edin. Liflerin mukavemeti ne kadar az olursa giysinin şeklini koruma olasılığı da o kadar az olur. Diğer sorun ise sertlik. Basitçe söylemek gerekirse, bir malzemenin parçalanmadan önce ne kadar enerji emebildiğidir. Eski bir kazak, tek bir çekişle kolaylıkla delikler açacaktır. Öte yandan kurşun geçirmez bir malzeme olan Kevlar, kelimenin tam anlamıyla mermileri geçirebiliyor.

Ekip, ne yazık ki günümüzün mühendislik malzemelerinde bu iki özelliğin birbirini dışladığını söyledi.

Ancak doğanın bir çözümü var: Örümcek ipeği hem güçlü hem de sağlamdır. Sorun, güvenli ve etkili bir ortamda ipek üretmek için eklembacaklılarla çekişmektir. Bu hayvanlar vahşi yırtıcılardır. Esaret altındaki yüz ipekböceği huzur içinde kucaklaşabilir; Yüz tane örümceği bir araya atarsanız, yalnızca bir veya iki tanesinin hayatta kalacağı bir kan gölüne dönüşürsünüz.

Örümcek Solucan Rahmi

Peki ya ipekböceklerinin ve örümceklerin en iyilerini birleştirebilseydik?

Bilim adamları var uzun zamandır istiyordum mühendis bir “tanış-sevimli"Genetik mühendisliği yardımıyla iki tür için tarih belirlendi. Hayır, türler arası bir romantik komedi değil. Ana fikir, genetik olarak ipekböceklerine örümcek ipeği üretme yeteneği kazandırmaktır.

Ancak örümcek ipeği proteinlerini kodlayan genler büyüktür. Bu onların, doğal hücreleri ezmeden ve onların başarısız olmasına yol açmadan, diğer canlıların genetik kodlarına girmelerini zorlaştırıyor.

Burada ekip ilk olarak ipeğin minimal yapısını bulmak için hesaplamalı bir yöntem kullandı. Ortaya çıkan model, ipekböcekleri ve örümcekler arasındaki ipek proteini farklılıklarını haritalandırdı. Şans eseri, her iki tür de, her biri farklı protein bileşenlerine dayanmasına rağmen, poliamid lifleri adı verilen benzer protein yapılarından lifler üretiyor.

Bir diğer şans da paylaşılan anatomidir. Ekip, "Evcil ipekböceklerinin ipek bezleri ile örümcek ipeği bezlerinin oldukça benzer fiziksel ve kimyasal ortamlar sergilediğini" söyledi.

Modeli kullanarak, ipeğin gücünü ve dayanıklılığını artıran kritik bir bileşeni belirlediler; nispeten küçük bir ipek proteini olan MiSp, Araneus ventrikozus Doğu Asya'dan örümcekler.

Ekip daha sonra bir gen düzenleme aracı olan CRISPR-Cas9 ile MiSp'yi kodlayan genleri ipekböceklerine ekledi; bu da onları örümcek ipeğini döndürmek için yeniden harekete geçirdi. Bunu başarmak teknolojik bir kabustu; yüz binlerce Döllenmiş ipekböceği yumurtalarına, ipek eğirme bezlerini düzenlemek için mikroenjeksiyonlar yapılıyor. Ekip, akıl sağlığını kontrol etmek için ipekböceklerinin gözlerinin akıl almaz derecede kırmızı parlamasına neden olan ve başarının sinyalini veren bir geni de ekledi.

Çalışma yazarı Junpeng Mi, baş yazar Dr. Meng Qing'in ofisine "dans etti ve adeta koştu". Mi, "Heyecan beni uyanık tuttuğu için o geceyi canlı bir şekilde hatırlıyorum" dedi.

Ortaya çıkan solucan-örümcek ipekleri Kevlar'dan yaklaşık altı kat daha sert ama yine de esnek. Jones bunun şaşırtıcı olduğunu söyledi çünkü MiSp kullanan fiberler her zaman esnek olmuyor. Bonus olarak ipekböcekleri ayrıca doğal olarak lifleri güçlendirmek için bir tür koruyucu kaplama da püskürttüler. Bu onları potansiyel hale getirdi daha dayanıklı daha önce yapay olarak yapılmış örümcek ipeğinden daha fazla.

Ekip, tıbbi dikişler için biyolojik olarak uyumlu ipek tasarlamak amacıyla hesaplamalı modellerini daha da araştırıyor. Bunun ötesinde daha yaratıcı olmayı umuyorlar. Sentetik biyologlar uzun zamandır yapay amino asitler (proteinleri oluşturan moleküler parçalar) geliştirmeyi istiyorlardı. Biyolojik olarak parçalanabilen kumaşlara sentetik amino asitler ekleseydik ne olurdu?

Mi, "Yüzden fazla tasarlanmış amino asidin kullanıma sunulması, tasarlanmış örümcek ipeği lifleri için sınırsız bir potansiyel barındırıyor" dedi.

Resim Kredisi: Junpeng Mi, Biyolojik Bilimler ve Tıp Mühendisliği Fakültesi, Donghua Üniversitesi, Şanghay, Çin

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/09/26/transgenic-silkworms-spin-spider-silk-6x-tougher-than-kevlar/