ابتكر سكان مدغشقر أكبر قماش من حرير العنكبوت. هل حرير العنكبوت موجود؟ سبحة من حرير عنكبوت مدغشقر
التكنولوجيا ، التي طورها واعظ فرنسي منذ حوالي مائة عام ، جعلت من الممكن جمع شبكة ذهبية من مليون عنكبوت مدغشقر. كلفها مؤرخ بريطاني ورجل أعمال أمريكي بصنع أكبر مفرش طاولة من حرير العنكبوت في العالم. سيتم عرض أندر التحفة المصنوعة يدويًا في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة.
استأجر مؤرخ الفن سيمون بيرز وشريكه الأمريكي نيكولاس جودلي عشرات العمال لإنشاء لوحة قماشية فريدة بقياس 3.4 × 1.2 متر.
مليون عنكبوت الجرم السماوي (عنكبوت الجرم السماوي الذهبي) ينتمون إلى الجنس نيفيلا. قضى العالم ورجل الأعمال ما يقرب من خمس سنوات من حياتهم وحوالي 500000 دولار لصنع قطعة من النسيج الأكثر غرابة.
جودلي ، الممثلة الأمريكية هيذر جراهام وبيرس في افتتاح المعرض في AMNH في 23 سبتمبر من هذا العام (تمت دعوة عدد كبير من الضيوف المميزين الآخرين). في أيديهم ، بالطبع ، لديهم وشاح عادي (تصوير ويل راجوزينو).
جاء جودلي لأول مرة إلى مدغشقر في عام 1994 ، حيث أسس شركة صغيرة لتصنيع السلع من ألياف من نخيل الجنس. رافيا. في عام 1999 ، أصدر نيكولاس مجموعته الأولى من حقائب الموضة (ربما تكون مصنوعة من نفس المادة) ، وفي عام 2005 أغلق المصنع وتحول تمامًا إلى إنتاج "قماش العنكبوت" مع بيرس.
العنكبوت الذهبي لشبكة الإنترنت في مدغشقر هو واحد فقط من 36 نوعًا في الجنس. نيفيلا. توجد هذه العناكب في المناطق الاستوائية وتشتهر بنسج شبكات ذهبية كبيرة (الصورة AMNH ، JohnnyK / Picasa Web).
تم إلهام جودلي لإنشاء لوحة قماشية غير عادية من خلال قصص حول كيف حاول مدير فرنسي لإحدى مقاطعات مدغشقر في القرن التاسع عشر القيام بشيء مماثل. ومع ذلك ، لم يعرف نيكولاس على وجه اليقين ما إذا كانت هذه القصص حقيقية أم خيالية.
ماتت بعض العناكب أثناء التجربة ، لكن تم إطلاق سراح معظمها. يقول جودلي (photo ppoggio2 / flickr.com): "لقد أصبحنا ، دون أن نعرف ذلك ، حماة لهذه المخلوقات ، وأنا سعيد جدًا ، لأنني أعتبرها جديرة بالشعارات الملكية".
في الواقع ، لا يحظى حرير العنكبوت بشعبية خاصة بين سكان مدغشقر (وهذا أمر مفهوم ، لأن دودة القز "القياسية" أسهل بكثير في النمو). ومع ذلك ، في القرن التاسع عشر ، قرر رعايا مملكة ميرينا العمل معه. تم تقديم منتجات الويب لأفراد العائلات المالكة. كان هناك تقليد خاص لنسج الخيوط.
أول آلة للحصول على الحرير من 24 عنكبوتًا ابتكرها الداعية الفرنسي جاكوب بول كامبو ، الذي عمل معهم في الثمانينيات والتسعينيات من القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، لم يتبق من عمله أي قطعة قماش (تصوير AMNH).
بدأ عمل بيرس وجودلي بحقيقة أنهما استأجرا 70 عاملاً لجمع أنواع العنكبوت بالقرب من عاصمة مدغشقر ، أنتاناناريفو. Nephila madagascariensis.
تقوم الإناث فقط بإنشاء شبكة قوية فريدة من نوعها ذات لون ذهبي. تم الجمع خلال موسم الأمطار ، حيث أن المفصليات تفرخ شبكاتها فقط في هذا الوقت من العام (مما يفرض قيودًا إضافية على عملية إنتاج الكتان).
غالبًا ما تضع العناكب منازلها بين أسلاك الهاتف والأسلاك الكهربائية. في بعض الأحيان تنمو الشبكات إلى مثل هذا الحجم الهائل بحيث تغلق بسهولة طريقًا من مسار واحد (photo Tasumi1968 / flickr.com).
لإنشاء نوع من مصنع الغزل ، تم وضع العناكب في غرف خاصة ، حيث تم إبقائهم بلا حراك. يجب أن يقال ذلك Nephila madagascariensisليست سامة ، لكنها عض. أيضا ، قد يهربون أو يأكلون بعضهم البعض. يقول بيرس: "في البداية كان لدينا 20 أنثى ، ولكن سرعان ما انتهى بنا الأمر بثلاث ، وإن كن بدينات جدًا".
لذلك في النهاية ، تم عزل الكائنات المضطربة عن بعضها البعض ، مع زيادة عدد الأفراد الذين يعيشون في المصنع في نفس الوقت.
بالمناسبة ، لا يمكن اعتبار "المنافسين" في التحفة الفنية الحالية سوى قطعتين من "نسيج العنكبوت" المخزنين في أحد المتاحف في ليون. ومع ذلك ، لا يتجاوز عرض كل منها بضعة سنتيمترات (الصورة بواسطة AMNH ومن dailymail.co.uk).
قام عشرة عمال بجمع الشبكات المعلقة من أعضاء الغزل للعناكب. بهذه الطريقة كان من الممكن الحصول على حوالي 25 مترا من المواد الثمينة من فرد واحد.
يلاحظ بيرس أن أربعة عشر ألف عنكبوت تنتج ما يقرب من 28 جرامًا من حرير العنكبوت ، وكان الوزن الإجمالي للقطعة الأخيرة من القماش يصل إلى 1180 جرامًا!
هل تريد أن تعرف أي نسيج هو الأغلى في العالم ، بسعر حوالي مليون دولار لكل 2 متر مربع. م؟ هذه مادة ذات جمال مذهل وخصائص جودة غير مسبوقة. راقية ، باهظة الثمن ، قوية للغاية ومذهلة من الناحية الجمالية - هذا هو ، أغلى حرير في العالم ، صنعه ... العناكب.
من تاريخ إنشاء حرير العنكبوت
هذه القصة ليست جديدة ، فقد تم إنتاج نسيج الويب في الصين في العصور القديمة جدًا. بالطبع ، فقط الأثرياء للغاية هم من يستطيعون شراء مثل هذه الملابس باهظة الثمن من الويب ، لأن تصنيع حتى قطعة صغيرة من شبكة العنكبوت يتطلب عمالة ضخمة وتكاليف الوقت.في القرن الثامن عشر ، اختبر الأوروبيون طريقة نسج القماش من أنسجة العنكبوت. تم اقتراح صليب العنكبوت كشركة مصنعة لمثل هذا الخيط. لإنتاج ما يزيد قليلاً عن 400 جرام من الخيوط ، كان لا بد من تدمير حوالي سبعمائة عنكبوت.
أعادت محاولة الإنسان الإقلاع بأي ثمن بالعالم العلمي إلى مسألة إنتاج أنسجة العنكبوت المتينة في بداية القرن التاسع عشر. بعد ذلك ، لصنع بالون ، جرت محاولة لاستخراج حرير العنكبوت من عنكبوت مدغشقر كبير. لم يتم الحفاظ على المعلومات الدقيقة حول نتيجة هذه التجربة ، ولكن حقيقة أنها مكلفة للغاية من حيث الموارد البشرية والطبيعية كانت واضحة للجميع.
لم يولدوا العناكب من أجل إنتاج أغلى نسيج النخبة. اتضح أن هذه المفصليات لا تتجذر في العديد من الظروف الطبيعية بسبب عدم التوافق في الرطوبة ومؤشرات درجة الحرارة والدورة الموسمية.
فستان من نسيج العنكبوت ومفرش للمائدة
تميزت بداية القرن الحادي والعشرين بمحاولات جديدة للحصول على الحرير من الويب.
في عام 2005 ، قام نيكولاس جودلي وسيمون بيرس ، اللذان كانا يمارسان الأعمال التجارية في مدغشقر ، بإغلاق مصنعهما لأكياس ألياف النخيل وبدأا في صناعة الحرير من خيوط العناكب التي تنسج الجرم السماوي.
كان أول عمل فني حقيقي حقًا هو مفرش طاولة من حرير العنكبوت الذهبي ، مزين بزخارف وطنية محلية. تجدر الإشارة إلى أن هذا الظل الفاخر من القماش يوفر اللون الطبيعي لشبكة هذا النوع من العنكبوت.
تم استخدام شبكة مليون عنكبوت لإنشاء مفرش طاولة فريد بقياس 3.4 × 1.2 متر. حقيقة مثيرة للاهتمام: 15000 عنكبوت يمكنها فقط إنتاج 30 جرامًا من خيوط العنكبوت. قماش حرير عنكبوت من بيرس وجودلي يزن 1180 جرام وهو أغلى وأغلى قماش في العالم بلون ذهبي مذهل بتكلفة تكلفتها رجال الأعمال نصف مليون دولار وخمس سنوات من العمر.
ولكن اليوم هناك بالفعل اثنين من هذه الروائع في العالم. والثاني هو ثوب كيب فريد من نوعه ، تم تقديمه لأول مرة للجمهور في متحف فيكتوريا وألبرت البريطاني في عام 2012. تم ارتداؤه مرة واحدة فقط لالتقاط صورة. استغرق الأمر أربع سنوات وخيوط الملايين من العناكب على شبكة الإنترنت لإنتاج مثل هذا الزي النخبة والمبهج.
حرير العنكبوت شديد التحمل - نهج حديث
تناسب الاستنتاجات المستخلصة من التجارب باهظة الثمن على استخدام حرير العنكبوت العلماء المعاصرين. بعد كل شيء ، فإن خيط العنكبوت له صفات فريدة حقًا ، ومن السهل جدًا إنشاء العناكب. بعد أن درسوا بعناية تكوين الويب وعملية الإنتاج ، اكتشفوا بالفعل كيف يتحول البروتين ، جزيئاته بمساعدة الماء ، بعد وقت قصير إلى أقوى خيط لا يمكن للماء أن يذوبه.بعد الكشف عن سر هذه الظاهرة ، تلقى العلماء اليوم إجابة على السؤال الرئيسي - هل من الممكن صنع حرير العنكبوت صناعياً. ونحن على استعداد لاستخدام هذا الاكتشاف في مختلف مجالات النشاط.
ملابس حرير العنكبوت - جديد 2016
يوفر إنتاج خيوط الويب الحريرية دون مشاركة العناكب إمكانيات جديدة لاستخدام حرير العنكبوت في صناعة الملابس.منذ وقت ليس ببعيد ، قدمت شركة Spiber (اليابان) ، جنبًا إلى جنب مع واحدة من الشركات المصنعة الرائدة للملابس الرياضية ، سترة مصنوعة من قماش هو نظير اصطناعي من حرير العنكبوت.
هذه هي العينة الأولى من الملابس المصنوعة من البروتين الصناعي. تم الإعلان عن بدء مبيعات Moon Parka في نهاية عام 2016. تظل مسألة التكلفة المقدرة لمثل هذا المنتج مفتوحة على الأقل. لكن حقيقة أنها ستكون في متناول المشترين الأثرياء فقط (في البداية - بلا شك) ، يفهمها الجميع.
حرير العنكبوت باهظ الثمن ، أصلي ، جميل بشكل مثير للدهشة. ومع ذلك ، حتى يصل إنتاج حرير العنكبوت إلى نطاق صناعي ، قم بشراء أشياء مصنوعة من الحرير الطبيعي التي لا تقل احترامًا ومبهجة من جميع النواحي!
أود فقط
مساهمتي الصغيرة لتقديمها ،
لحياة قصيرة
ما لا يقل عن خيط من الحرير ...
فلور
في أيام الخريف هذه ، نطارد فطرًا مهملاً في الغابة ، قد نسقط في شباك العنكبوت المحاصرة. بالطبع ، هذه الشباك لن تعيقنا ، سنقوم بتدمير النسيج المخرم - ثمرة عمل العنكبوت ، ونهز خيوط العنكبوت من وجوهنا أو أيدينا أو ملابسنا ، سنقول شيئًا مثل: "لقد علقوا الشباك هنا." في الوقت نفسه ، ربما ينبغي أن يفاجأ المرء بالتطور الذي خلق العنكبوت وشبكته - قوية ومرنة. هذه المادة ناجحة جدًا لدرجة أنه حتى الآن بدأ الناس في استخدامها ، وليس فقط في طب الزرع ، بل إنهم يصنعون منها أحذية رياضية. الشركات التي تنتج الكثير من الويب (بتعبير أدق ، البروتينات التي تتكون منها مكوناتها) تنمو مثل عيش الغراب.
الأكثر دواما بين المرونة
تتميز ألياف الويب بخصائص فيزيائية ميكانيكية استثنائية. نظرًا لقوتها الشدّة ومرونتها ، يمكنها امتصاص الكثير من الطاقة دون الانهيار. إذا أخذنا عينات من بروتين نسيج العنكبوت والأراميد الصناعي - ألياف كيفلر ، متطابقة في الكتلة ، اتضح أن كيفلر يمكن أن تمتص طاقة أقل بثلاث مرات قبل التدمير. في تكوين البروتين الليفي لحرير العنكبوت ، تكون بقايا الأحماض الأمينية الرئيسية هي الجلايسين والألانين والسيرين. تفسر قوة ومرونة خيوط الهيكل العظمي الميكرومتر للويب (أي شعاعي ، على عكس الحلزونات الأقل متانة) من خلال حقيقة أن بداخلها توجد بلورات بروتينية صلبة يبلغ حجمها بضعة نانومترات ، مترابطة بواسطة الأربطة الببتيدية المرنة . الإجهاد المطلق عند كسر خيط الذبيحة للصليب العادي Araneus diadematus - 1.1 - 2.7 جيجا باسكال. للمقارنة: مقاومة الشد للفولاذ هي 0.4-1.5 جيجا ، وقوة الشد لشعر الإنسان هي 0.25 جيجا باسكال. والحرير العادي أدنى من حرير العنكبوت في هذا المؤشر. بالطبع ، لا يمكن تسمية الويب بأنه أقوى أو أكثر المواد مرونة ، ولكن هذه الخصائص متوازنة تمامًا فيه.
حتى قبل 15-20 عامًا ، لم يكن هناك أكثر من عشر مجموعات بحثية في العالم تدرس خصائص بروتينات نسيج العنكبوت وخصائص تكوينها. يوجد الآن بالفعل عشرات من هذه الفرق ، وقد تم تقريب التطبيق العملي للويب في الحياة الواقعية من خلال ثلاث شركات تعمل في مجال التكنولوجيا الحيوية بنجاح. اكتشف الباحثون بالفعل كيف تقوم العناكب بتدوير شبكاتها وتكوينها ، وتفتح هذه التفاصيل استخدامات جديدة للويب ، من تجديد الأنسجة العصبية إلى تعبئة السلع الاستهلاكية وتطوير مواد لاصقة جديدة. ينجذب الأطباء إلى حرير العنكبوت ليس فقط لمزيج مثالي من القوة والمرونة ، ولكن أيضًا لحقيقة أنه عمليًا لا يسبب استجابة مناعية. تُستخدم بروتينات الويب أيضًا في المختبرات الكيميائية الحيوية - يمكن تعديل سلاسلها بمركبات منخفضة الوزن الجزيئي ، مما يمنح البروتينات خصائص خاصة.
الشركات الرئيسية الرائدة في هذا المجال والتي تنتج المنتج بالفعل هي الألمانية AMSilk، اليابانية سبيبروالأمريكية (كاليفورنيا) خيوط الترباس. عادة ، يستغرق الأمر وقتًا أطول بكثير من ظهور شركة كيميائية جديدة تنتج منتجات كيميائية جديدة بشكل أساسي لدخولها إلى السوق وبدء المبيعات.
من مستحضرات التجميل إلى الجراحة
لا داعي للقلق من رهاب العناكب. مصانع الويب الاصطناعية ليست مثل مزارع العنكبوت ، فلا توجد عناكب أو مفصليات أخرى على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، يتم تنفيذ "نسج الويب" بواسطة كائنات معدلة وراثيًا تحتوي على جينات تتحكم في التعبير عن بروتينات الويب ، وخاصة البكتيريا والخمائر. على الرغم من أن حرير نسيج العنكبوت يتم إنتاجه أيضًا بواسطة كائنات لا تتوقعها ؛ على سبيل المثال ، هناك قطيع من خمسين ماعز معدلة وراثيًا تعطي الحليب ببروتينات حرير العنكبوت. من لتر واحد من حليب الماعز ، يمكن عزل ما يصل إلى 4 جرامات من هذه البروتينات ؛ ومع ذلك ، تبين أن البكتيريا والفطريات أكثر فعالية من "العناكب المصطنعة".
على سبيل المثال ، شركة AMSilkيستخدم الإصدارات المعدلة وراثيا بكتريا قولونية. تُزرع البكتيريا في أحواض تخمير كبيرة ، ثم تتفكك الخلايا وتفرز بروتين حرير العنكبوت كمسحوق أبيض ، والذي يمكن بعد ذلك أن يتحول إلى حبيبات ، أو هيدروجيل ، أو تحويله إلى ألياف - يقوم مصنعو الويب التخليقي الحيوي بتسويق منتجاتهم في الأشكال الثلاثة.
أحد الأنشطة AMSilk- مستحضرات التجميل الحريرو هلام الحريرببروتينات حرير العنكبوت التي توفر للبشرة حماية جيدة التهوية ضد البكتيريا والمواد الضارة في البيئة. غالبًا ما يتم الإعلان عن حرير العنكبوت الحيوي باعتباره "حريرًا نباتيًا" - خاصة بالنسبة لأولئك الذين يجدون أنه من غير المقبول قتل يرقات دودة القز (على ما يبدو ، من أجل الحصول على شبكة بيولوجية اصطناعية ، عليك قتل بكتريا قولونية، لا يغرق النباتيين في الكآبة).
بالنسبة لأخصائيي التجميل ، تعتبر الشبكة الحيوية الاصطناعية جيدة لأن بروتيناتها لا تسبب استجابة مناعية والبكتيريا لا تنمو وتتكاثر على سطحها. تعتبر هذه الخصائص أكثر أهمية بالنسبة للطب الحيوي ، وهي ناتجة عن التركيب الأساسي للبروتينات. تتكون ألياف حرير نسيج العنكبوت من بروتينات spidroin التي تحتوي على تسلسلات ببتيد متكررة مؤطرة بمجالات فردية غير متكررة ، وأكثر من نصف بقايا الأحماض الأمينية التي تحتوي على الجلايسين. ربما يكون المحتوى العالي من بقايا الجلايسين في المجالات الخارجية للعنكبوت (توجد بقايا الأحماض الأمينية داخل بنية بروتينات الويب) التي تجعل حرير العنكبوت متوافقًا حيويًا. الحقيقة هي أن الجلايسين هو أصغر حمض أميني ، وتتكون مجموعته الجانبية ، والتي لا تشارك في تكوين سلسلة البروتين ، من ذرة هيدروجين واحدة ، وهذا يقلل من احتمالية مشاركة بقايا الجلايسين في التفاعلات الكيميائية والتفاعلات بين الجزيئات. هذا هو السبب في أن الخلايا لا يمكنها الارتباط بالعناكب العنكبوتية ، ولماذا يتم تطبيق حرير العنكبوت المعدني الحيوي على سطح الأجهزة الطبية بحيث توفر لها spidroins الحماية البيولوجية.
باحثون من AMSilkتقرير التجارب التي تم فيها تطبيق بروتينات حرير العنكبوت على القسطرة المصنوعة من البولي يوريثين والبوليسترين والبولي إيثيلين وكذلك المعادن والسيراميك للزرع. اتضح أن مثل هذا الطلاء يوفر حماية جيدة من البكتيريا ويقلل من خطر حدوث مضاعفات عند استخدام غرسات بولي سيلوكسان (سيليكون) (Philip H. Zeplin et al. مواد وظيفية متقدمة، 2014 ، 24 ، 2658-2666 ؛ دوى: 10.1002 / adfm.201302813). على طلاء شبكة التكنولوجيا الحيوية ، تنمو الأغشية الحيوية البكتيرية بشكل أسوأ من التفلون والصلب.
زراعة الأنسجة البيولوجية
شركة يابانية تحمل الاسم نفسه سبيبر- السويدية تقنيات Spiberلا تتباهى بعد بالمنتجات التي تم طرحها في السوق ، فهي في مرحلة التطوير وتتلقى البروتينات بكميات جرام فقط. قدم علماء التكنولوجيا الحيوية لهذه الشركة بكتريا قولونيةجزء فقط من الجين المسؤول عن إنتاج spidroins ، بحيث تنتج البكتيريا بروتينات حوالي عُشر حجم بروتينات حرير العنكبوت الأصلية. سيتم استخدام هذه البروتينات في صنع سقالات شبكية أو مسامية للنمو المستهدف للخلايا الجذعية وإعادة بناء أنسجة العظام والتئام الجروح. لقد تم بالفعل استنبات خلايا الثدييات بنجاح في مثل هذه المصفوفات. في الآونة الأخيرة ، قام باحثون سويديون بتعديل سقالاتهم الحريرية بخاصية ربط مميزة للبروتين السكري فيبرونيكتين ، ووجدوا أن خلايا الجلد ترتبط بشكل أكثر كفاءة مع مثل هذا القالب المعدل (Widhe M. وآخرون. مصفوفات الحرير // المواد الحيوية, 2016, 74, 256–266; دوى: 10.1016 / j.biomaterials.2015.10.013).
عادة ما تُزرع الخلايا على سطح مستوٍ ، لكن السقالات الضخمة مطلوبة لنمو معظم الأعضاء والأنسجة. تحاكي الأنظمة المسامية ثلاثية الأبعاد من spidroins المقتطعة مع منشطات نمو الخلايا المضمنة فيها مصفوفة الأنسجة وتضلل الخلايا ، مما يجبرها على النمو في الاتجاه الصحيح.
على سبيل المثال ، يتعلم الباحثون كيفية زراعة بقع صغيرة من أنسجة البنكرياس اللازمة لعلاج مرض السكري بهذه الطريقة. مصفوفات حرير العنكبوت في المختبريمكن أن تحافظ على استقرار مستعمرات خلايا البنكرياس البشرية لمدة ثلاثة أشهر (جوهانسون يو وآخرون. تم تعزيز بقاء جزيرة البنكرياس وتعميمها بواسطة الثقافة على مصفوفات حرير العنكبوت الوظيفية // بلوس واحد، 2015 ، 10 ، e0130169 ؛ دوى: 10.1371 / journal.pone.0130169). لم تضمن المصفوفة ثلاثية الأبعاد بقاء الخلايا فحسب ، بل ساهمت أيضًا في حقيقة أنها استجابت لتحفيز الجلوكوز عن طريق إنتاج الأنسولين. بمرور الوقت ، زاد حجم الأنسجة ، وتشكل المزيد من الأوعية فيه (Shalaly N. D. وآخرون. تعمل مصفوفات الحرير على تعزيز تكوين مجموعات شبيهة بالجزيرة التي تفرز الأنسولين // المواد الحيوية, 2016, 90, 50–61, دوى: 10.1016 / j.biomaterials.2016.03.006) ، مما يزيد من فرص نجاح عملية الزرع.
العمل بالتعاون مع سبيبريستخدم مختبر آنا رايزينج في جامعة رويال كارولينسكا بالسويد هذا النموذج فيفو السابقينلدراسة ملامح تجديد أنسجة الحبل الشوكي في وجود حرير العنكبوت. أظهرت الدراسات أن أنسجة الأعصاب الطرفية للأغنام قد نمت بنجاح على أدلة حرير العنكبوت (Widhe M. et al. تمت دعوة مراجعة التقدم الحالي والقيود المفروضة على حرير العنكبوت للتطبيقات الطبية الحيوية // البوليمرات الحيوية، 2012 ، 97 ، 6 ، 468-478 ، دوى: 10.1002 / bip.21715 ؛ صعود أ. تجميع محكوم: شرط أساسي لاستخدام حرير العنكبوت المؤتلف في الطب التجديدي؟ // اكتا بيوماتيراليا, 2014, 10, 4, 1627–1631, دوى: 10.1016 / j.actbio.2013.09.030).
تقليد الطبيعة
يقوم العنكبوت بتدوير الويب بمساعدة غدد عنكبوتية خاصة - تتكون الخيوط من محلول بروتيني عالي التركيز ، ومن هذا المحلول يمكن لعنكبوت الأنثى تحريف ما يصل إلى سبعة أنواع من الألياف. في الآونة الأخيرة ، تم الحصول على بروتينات حرير العنكبوت المؤتلفة في المختبر الصاعد ، والتي لا تحتوي فقط على تسلسلات متكررة مشابهة للبروتينات الطبيعية ، ولكن أيضًا N- و C-termini ، المميزة لعنكبوت العنكبوت (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and العناكب // المجلة الدولية للعلوم الجزيئية، 2016 ، 17 ، 8 ، بيي: E1290. دوى: 10.3390 / ijms17081290). في الوقت الحالي ، لا تتشابه طرفي N- و C في معظم spidroins للتكنولوجيا الحيوية عن تلك الخاصة بالعقاقير الطبيعية ، ولكن في الوقت نفسه ، يعتقد عدد من العلماء ، مثل Thomas Scheibel من جامعة Bayreuth ، أنها البداية والنهاية من السلسلة الضرورية لتكوين ألياف قوية من محلول مائي. (Schacht K. et al. التصنيع الحيوي لتركيبات حرير العنكبوت ثلاثية الأبعاد المحملة بالخلايا // Angewandte Chemie Int. إد.، 2015 ، 54 ، 2816-2820 ؛ دوى: 10.1002 / anie.201409846).
في الوقت الحالي ، تعتمد معظم الطرق المختبرية لتحويل بروتينات حرير العنكبوت إلى ألياف على استخدام سداسي فلورو أيزوبروبانول ، وهو مذيب سام ليس فقط خطيرًا ، ولكن يمكنه أيضًا تدمير البروتينات ببطء وله تكلفة عالية. كل هذا يستبعد إمكانية تطبيقه الصناعي. في الآونة الأخيرة ، تم نشر طريقة تجعل من الممكن إذابة spidroins في الماء النقي والحصول على الألياف منها (Jones J. الجزيئات الحيوية, 2015, 16, 1418–1425; دوى: 10.1021 / acs.biomac.5b00226). يمكن صنع محلول غزل الألياف باستخدام فرن الميكروويف ، ويفترض أن الذوبان يتم توفيره من خلال درجة الحرارة والضغط. تتوصل الشركات التي تطور طرقًا لغزل ألياف حرير العنكبوت إلى مناهجها الخاصة التي لم يتم نشرها في الصحافة المفتوحة ، لكنها تفضل أيضًا رسم شبكة اصطناعية من محلول مائي ، مما يقلل من استخدام المذيبات باهظة الثمن والخطيرة.
يتضمن بروتوكول المختبر الخاص بمعالجة حرير العنكبوت التكنولوجي الحيوي تمليح الترسيب من البروتينات ، ويتم تحريفها. يتم بعد ذلك تكوين البروتين المترسب والمحول إلى بنية ليفية من معلق في محلول كحول مائي. يمكن غزل الألياف الفردية في خيوط تحتوي على ثمانية إلى أربعة وعشرين خيوطًا - هذه الخيوط مناسبة بالفعل للاستخدام العملي. لكن لا يتعين على الشركات تدوير الشبكات - فمن الأسهل استخدام spidroins التكنولوجيا الحيوية في شكل مسحوق أو هيدروجيل للطلاء. تشير التقديرات إلى أن كيلوغرامًا من بروتينات العنكبوت سيكون كافيًا لصنع طلاءات مضادة للبكتيريا ومضادة للتخثر لعدة ملايين من القسطرة (من واحد إلى عشرة ، حسب الحجم). من المأمول أنه بحلول نهاية عام 2017 ، سيتم اختبار هذه المعدات الطبية على الحيوانات ، وفي السنوات الخمس المقبلة سيتم اعتماد بعض عيناتها من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) وسيتم استخدامها في الممارسة السريرية.
زي الرجل العنكبوت
تستخدم spidroins الاصطناعية ليس فقط في الطب الحيوي. لقد سبق أن ذكرنا أن مقاومة شد حرير العنكبوت أعلى من قوة شد الكيفلار ، ولكن للأسف ، فإن القدرة على التشوه المرن استجابة للضغط الميكانيكي لا تسمح بأن تعتبر سبيدروينات نقية كمادة للسترات "الطبيعية" المضادة للرصاص . ستلتقط السترة المضادة للرصاص من حرير العنكبوت وتوقف الرصاصة ، ولكن بحلول ذلك الوقت ستخرج على الأرجح من الجذع أو تعلق في الأعضاء الداخلية جنبًا إلى جنب مع "السترة المضادة للرصاص". ميزة ألياف الأراميد التي صنع منها الكيفلار هي بالتحديد أنها لا تتشوه. ومع ذلك ، فإن مركبات spidroins مع الأراميد أو ألياف الكربون مناسبة تمامًا لتصنيع العناصر الهيكلية المرنة والقوية للسيارات أو المركبات الجوية غير المأهولة. هناك تركيبات من حرير العنكبوت المعاد تجميعه مع جزيئات السيراميك النانوية التي يمكن أن تمنع الغازات وبخار الماء ، مما ينتج عنه مواد مثالية لتغليف المواد الغذائية (Doblhofer E. رؤى هيكلية حول بروتين حرير العنكبوت المائي - مركبات نانوكلاي مع خصائص ممتازة حاجز الغاز وبخار الماء / / المواد التطبيقية وواجهات ACS، 2016 ، 8 ، 25535-25543 ؛ دوى: 10.1021 / acsami.6b08287). لا يتم استخدام أي مواد سامة في إنتاجها ، ويتم إذابة البروتينات في الماء ، والمركب نفسه شفاف وقابل للتحلل.
ميزة أخرى مهمة لحرير العنكبوت هو أنه لا يذوب. لذلك ، فإن المنسوجات المصنوعة من خيوط العنكبوت ، الطبيعية أو التي تم الحصول عليها من خلال التكنولوجيا الحيوية ، تهم مبتكري المعدات العسكرية. عند التعرض لدرجات حرارة عالية ، مثل ومضات القنابل اليدوية والصاعقة ، يمكن أن تذوب أحزمة الخوذات المصنوعة من النايلون وغيرها من الملابس الخاصة بالجنود الحديثين أو حتى تلتحم بالجلد ، مما يتسبب في حروق خطيرة. يتم تفحم الألياف والمنسوجات المصنوعة من الشبكات الاصطناعية ، مما يقلل من خطر التعرض لدرجات حرارة إضافية للجلد - وهذا هو بالضبط ما يهتم به الجيش ، وهو على استعداد لدفع المزيد لضمان سلامة الأفراد. حتى الآن ، فإن تكلفة شبكات التخليق الحيوي مرتفعة ، ومن غير المحتمل أن تتمكن من العثور على شيء يحمل ملصق بين الملابس ذات الأسعار المعقولة في المستقبل القريب. خيوط العنكبوت(البضائع ذات AliExpressلا تحسب ، يمكن للمصنعين كتابة أي شيء عنها). ومع ذلك ، ما زالت شركتان تغامران بتسويق الملابس المصنوعة من spidroins التكنولوجيا الحيوية.
لذلك ، في سبتمبر 2015 ، شركة ملابس رياضية للأنشطة الخارجية الوجه الشماليبدأ الإعلان واختبار سترة واقية من حرير العنكبوت المؤتلف. وعد بإطلاق العينات الأولى هذا العام ، 2017. وستصنع من حرير العنكبوت من شركة يابانية. سبيبر. أكد ممثلو الشركة أنهم تمكنوا من خفض تكلفة إنتاج ألياف spidroin إلى مائة دولار للكيلوغرام الواحد. ومع ذلك ، لكي تتوقف أقمشة الويب الاصطناعية عن أن تكون من نصيب النخبة ، يجب أن تكون تكلفة إنتاج الغزل على الأقل مماثلة لتكلفة حرير دودة القز الطبيعي (30-70 دولارًا للكيلوغرام ، اعتمادًا على الجودة). شركة سبيبرتأمل في أن يكون هذا الهدف قابلاً للتحقيق ، يعتقد منافسوها أيضًا ، تطوير تقنيات أرخص من أي وقت مضى.
لذلك ، الشركة الألمانية المذكورة بالفعل AMSilkيستخدم بروتينات من حرير العنكبوت الصناعي لصنع ألياف تحت الاسم التجاري بيوستيل("Biostal"). إدارة AMSilkأنا متأكد من أن الأحذية والملابس ستصنع من هذه الألياف ، وكذلك المنسوجات لتشطيب مقاعد السيارات والطائرات. في عام 2014 ، قدمت Adidas مجموعة من أحذية التدريب الرياضية المصنوعة بالكامل تقريبًا (باستثناء النعل) من الألياف. بيوستيل.
وهكذا ، قطعت الشبكة اللاصقة للغابة شوطًا طويلاً ، والآن تعمل شركات كيميائية جديدة على نسج شبكات قوية منها ، والتي تمكنت من إنشاء مادة طبيعية معروفة جيدًا ووجدت العديد من الاستخدامات لها. ربما في غضون عشر سنوات ، سيتطور إنتاج شبكات التخليق الحيوي لدرجة أننا سنطلب من المستشارين في متجر الملابس نوع الحرير الطبيعي لهذه البلوزة - دودة القز أو العنكبوت. بطبيعة الحال ، ستستمر spidroins الحرير في نسج شبكاتها في الجراحة والطب التجديدي والمجالات الجديدة التي لم نكن على دراية بها بعد. انظر ، سيكون هناك جهاز قادر على إطلاق خيط من شبكة اصطناعية لتسلق الجدران أو شل حركة الأشخاص السيئين - والأهم من ذلك ، سيكون من الممكن القيام بذلك دون انتظار لدغة عنكبوت متحور مشع.
دعونا نحلم بانعدام الوزن بلوزة محبوكة ، متينة مثل سترة مضادة للرصاص. ما هي الألياف التي تعتقد أنها يمكن أن تصنع؟لن تخمن أي شيء! سيتم حياكة هذه البلوزة من خيوط تم إنشاؤها من الويب!
تنسج العناكب شبكة صيد وشباك المنك المريح. تذهب العناكب الصغيرة في مغامرات إلى أماكن بعيدة. وكان الناس يحاولون منذ قرون تعلم كيفية استخدام الويب لتلبية احتياجاتهم الخاصة.
ابتكر الصينيون القدماء الحرير من خيوط العنكبوت ، وكان صن كينج يمتلك جوارب وقفازات محبوكة من حرير العنكبوت ، وكان عالم الطبيعة الفرنسي دوربيني يرتدي بنطلونات نسيج العنكبوت.
تتكون الشبكة من جزيئات بروتينية ، أقوى من الفولاذ وخفيف الوزن ومرن. يمكن للويب ، دون أن ينكسر ، أن يمتد إلى 40٪ من طوله وهو خفيف جدًا لدرجة أن نصف كيلو من الويب أكثر من كافٍ للالتفاف حول العالم.
لقد ثبت أن للشبكة أيضًا خصائص مطهرة وتعزز التئام الجروح. تشتهر العناكب الكبيرة من جنس Nefila بغزل شباك ضخمة يصل قطرها إلى 8 أمتار ، والتي يستخدمها الصيادون في الجزر البولينيزية لصيد الأسماك. في الصور ، ترى فقط هذه العناكب وشبكاتها.
فلماذا لم تملأ الخيوط بهذه الخصائص المذهلة أرفف المتاجر؟ بسبب طبيعتها المفترسة ، يصعب تكاثر العناكب في الأسر ، إذا كنت ستبدأ مزرعة عنكبوت ، فربما بعد فترة من الوقت سوف تأكل حيواناتك الأليفة بعضها البعض. ومع ذلك ، على الرغم من الصعوبات ، هناك أشخاص شجعان قاموا بإنشاء مزارع عنكبوت ، ووعد العلماء اليابانيون بإطلاق منتجات مصنوعة من الويب قريبًا.
ومع ذلك ، على الرغم من كل الصعوبات وتكلفة العمل ، توجد أشياء جاهزة من حرير العنكبوت. انظر إلى العباءة المقدمة للجمهور في معرض في لندن لسيمون بيرس ونيكولاس جودلي.
في الوقت الحالي ، يعد هذا أكبر منتج من حرير العنكبوت في العالم ، ويعمل الحرفيون على ابتكاره منذ أكثر من أربع سنوات. للقيام بذلك ، تطلب الأمر جمع شبكة من أكثر من مليون عنكبوت.