Οι Μαδαγασκάρηι δημιούργησαν τον μεγαλύτερο μεταξωτό καμβά αράχνης. Υπάρχει το μετάξι της αράχνης; Ροζάριο από μετάξι της αράχνης της Μαδαγασκάρης

Η τεχνολογία, που αναπτύχθηκε πριν από περίπου εκατό χρόνια από έναν Γάλλο ιεροκήρυκα, κατέστησε δυνατή τη συλλογή ενός χρυσού ιστού από ένα εκατομμύριο αράχνες της Μαδαγασκάρης. Ένας Βρετανός ιστορικός και ένας Αμερικανός επιχειρηματίας της ανέθεσαν να δημιουργήσει το μεγαλύτερο μεταξωτό τραπεζομάντιλο από αράχνη στον κόσμο. Το πιο σπάνιο χειροποίητο αριστούργημα θα εκτεθεί στις ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο.

Ο ιστορικός τέχνης Simon Peers και ο Αμερικανός συνεργάτης του Nicholas Godley προσέλαβαν δεκάδες εργάτες για να δημιουργήσουν έναν μοναδικό καμβά διαστάσεων 3,4 επί 1,2 μέτρα.

Ένα εκατομμύριο σφαίρες αράχνες (χρυσή αράχνη σφαίρας) που ανήκουν στο γένος Νεφίλα. Ο επιστήμονας και ο επιχειρηματίας ξόδεψαν σχεδόν πέντε χρόνια από τη ζωή τους και περίπου 500.000 δολάρια για να φτιάξουν ένα κομμάτι ίσως από το πιο ασυνήθιστο ύφασμα.

Goodley, η Αμερικανίδα ηθοποιός Heather Graham και ο Pierce στα εγκαίνια της έκθεσης στο AMNH στις 23 Σεπτεμβρίου φέτος (προσκεκλημένος ήταν και ένας μεγάλος αριθμός άλλων εκλεκτών καλεσμένων). Στα χέρια τους φυσικά έχουν ένα συνηθισμένο κασκόλ (φωτογραφία Will Ragozzino).

Ο Goodley ήρθε για πρώτη φορά στη Μαδαγασκάρη το 1994, όπου ίδρυσε μια μικρή εταιρεία που κατασκευάζει προϊόντα από ίνες του γένους φοίνικα. Ραφία. Το 1999, ο Nicholas κυκλοφόρησε την πρώτη του συλλογή από τσάντες μόδας (πιθανώς από το ίδιο υλικό) και το 2005 έκλεισε το εργοστάσιο και μεταπήδησε εντελώς στην παραγωγή "αράχνη υφάσματος" με τον Pierce.

Η χρυσή αράχνη της Μαδαγασκάρης είναι μόνο ένα από τα 36 είδη του γένους. Νεφίλα. Αυτές οι αράχνες βρίσκονται στις τροπικές περιοχές και είναι γνωστές για την ύφανση μεγάλων χρυσών ιστών (φωτογραφία AMNH, JohnnyK / Picasa Web).

Ο Goodley εμπνεύστηκε τη δημιουργία ενός ασυνήθιστου καμβά από ιστορίες για το πώς τον 19ο αιώνα ένας Γάλλος διευθυντής μιας από τις επαρχίες της Μαδαγασκάρης προσπάθησε να κάνει κάτι παρόμοιο. Ωστόσο, ο Νίκολας δεν ήξερε με βεβαιότητα αν αυτές οι ιστορίες ήταν αληθινές ή φανταστικές.

Μερικές αράχνες πέθαναν από τον ίδιο τους τον θάνατο κατά τη διάρκεια του πειράματος, αλλά οι περισσότερες απελευθερώθηκαν. «Εμείς, χωρίς να το ξέρουμε, έχουμε γίνει οι προστάτες αυτών των πλασμάτων και είμαι πολύ χαρούμενος, γιατί τα θεωρώ άξια των βασιλικών ρεγάλων», λέει ο Goodley (φωτογραφία ppoggio2 / flickr.com).

Στην πραγματικότητα, το μετάξι της αράχνης δεν είναι ιδιαίτερα δημοφιλές στους κατοίκους της Μαδαγασκάρης (και είναι κατανοητό, επειδή ο «τυποποιημένος» μεταξοσκώληκας αναπτύσσεται πολύ πιο εύκολα). Ωστόσο, τον 19ο αιώνα, οι υπήκοοι του Βασιλείου της Merina αποφάσισαν ακόμα να συνεργαστούν μαζί του. Τα προϊόντα Ιστού παρουσιάστηκαν σε μέλη των βασιλικών οικογενειών. Υπήρχε μάλιστα μια ιδιαίτερη παράδοση στην ύφανση των νημάτων.

Η πρώτη μηχανή για να αποκτήσει μετάξι από 24 αράχνες δημιουργήθηκε από τον Γάλλο ιεροκήρυκα Jacob Paul Camboué, ο οποίος εργάστηκε μαζί τους τη δεκαετία του 80-90 του 19ου αιώνα. Από τη δουλειά του όμως δεν έχει μείνει κομμάτι υφάσματος (φωτογραφία AMNH).

Το έργο του Pierce και του Goodley ξεκίνησε με το γεγονός ότι προσέλαβαν 70 εργάτες για τη συλλογή ειδών αράχνης κοντά στην πρωτεύουσα της Μαδαγασκάρης, το Antananarivo. Nephila madagascariensis.

Μόνο τα θηλυκά δημιουργούν έναν μοναδικό δυνατό ιστό με χρυσή απόχρωση. Η συλλογή πραγματοποιήθηκε κατά την περίοδο των βροχών, καθώς τα αρθρόποδα γεννούν τους ιστούς τους μόνο αυτή την εποχή του χρόνου (πράγμα που επιβάλλει πρόσθετους περιορισμούς στη διαδικασία παραγωγής του λινού).

Οι αράχνες συχνά τοποθετούν τα σπίτια τους ανάμεσα σε τηλεφωνικά και ηλεκτρικά καλώδια. Μερικές φορές οι ιστοί μεγαλώνουν σε τόσο γιγάντιο μέγεθος που μπλοκάρουν εύκολα έναν δρόμο μιας λωρίδας (φωτογραφία Tasumi1968 / flickr.com).

Για να δημιουργηθεί ένα είδος κλωστηρίου, οι αράχνες τοποθετούνταν σε ειδικούς θαλάμους, όπου τις κρατούσαν ακίνητες. Πρέπει να ειπωθεί ότι Nephila madagascariensisόχι δηλητηριώδες, αλλά δαγκωτό. Επίσης, μπορεί να τραπούν σε φυγή ή να φάνε ο ένας τον άλλον. «Στην αρχή είχαμε 20 θηλυκά, αλλά σύντομα καταλήξαμε με τρεις, αν και πολύ χοντρές», λέει ο Pierce.

Έτσι στο τέλος, τα ανήσυχα πλάσματα απομονώθηκαν το ένα από το άλλο, αυξάνοντας παράλληλα τον αριθμό των ατόμων που ζούσαν στο εργοστάσιο.

Παρεμπιπτόντως, οι «ανταγωνιστές» του τρέχοντος αριστουργήματος μπορούν να θεωρηθούν μόνο εκείνα τα δύο κομμάτια «ιστού αράχνης» που αποθηκεύονται σε ένα από τα μουσεία της Λυών. Ωστόσο, το καθένα από αυτά δεν ξεπερνά τα λίγα εκατοστά σε πλάτος (φωτογραφία AMNH και από dailymail.co.uk).

Δέκα εργάτες συνέλεξαν τους ιστούς που κρέμονταν από τα περιστρεφόμενα όργανα των αραχνών. Από ένα άτομο με αυτόν τον τρόπο ήταν δυνατό να ληφθούν περίπου 25 μέτρα πολύτιμου υλικού.

Ο Pierce σημειώνει ότι δεκατέσσερις χιλιάδες αράχνες αποδίδουν περίπου 28 γραμμάρια μετάξι αράχνης και το συνολικό βάρος του τελευταίου κομματιού υφάσματος ήταν έως και 1180 γραμμάρια!

Θέλετε να μάθετε ποιο ύφασμα είναι το πιο ακριβό στον κόσμο, με τιμή περίπου 1 εκατομμύριο δολάρια ανά 2 τετραγωνικά μέτρα. Μ? Πρόκειται για ένα υλικό εκπληκτικής ομορφιάς, αξεπέραστων ποιοτικών χαρακτηριστικών. Ελίτ, σούπερ ακριβό, σούπερ δυνατό και απλά εκπληκτικό αισθητικά - αυτό είναι, το πιο ακριβό μετάξι στον κόσμο, που δημιουργήθηκε από... αράχνες.

Από την ιστορία της δημιουργίας του μεταξιού της αράχνης

Αυτή η ιστορία δεν είναι νέα, το ύφασμα ιστού κατασκευάστηκε στην Κίνα σε πολύ αρχαίους χρόνους. Φυσικά, μόνο πολύ πλούσιοι άνθρωποι μπορούσαν να αντέξουν οικονομικά τόσο ακριβά ρούχα από τον ιστό, αφού η κατασκευή έστω και ενός μικρού κομματιού ιστού αράχνης απαιτούσε τεράστιο κόστος εργασίας και χρόνου.

Πίσω στον 18ο αιώνα, οι Ευρωπαίοι δοκίμασαν τη μέθοδο ύφανσης υφάσματος από ιστούς αράχνης. Ως κατασκευαστής ενός τέτοιου νήματος προτάθηκε ένας σταυρός αράχνης. Για να παραχθούν λίγο περισσότερα από 400 γραμμάρια νήματος, έπρεπε να καταστραφούν περίπου επτακόσιες αράχνες.

Η προσπάθεια του ανθρώπου να απογειωθεί με κάθε κόστος επανέφερε τον επιστημονικό κόσμο στο ζήτημα της παραγωγής ανθεκτικού ιστού αράχνης στις αρχές του 19ου αιώνα. Στη συνέχεια, για να κατασκευαστεί ένα μπαλόνι, έγινε προσπάθεια να εξαχθεί μετάξι αράχνης από μια μεγάλη αράχνη της Μαδαγασκάρης. Δεν έχουν διατηρηθεί ακριβείς πληροφορίες σχετικά με την έκβαση αυτού του πειράματος, αλλά το γεγονός ότι είναι πολύ ακριβό τόσο από πλευράς ανθρώπινων όσο και φυσικών πόρων ήταν σαφές σε όλους.

Δεν εκτρέφουν αράχνες για να παράγουν το πιο ακριβό ύφασμα ελίτ. Αποδείχθηκε ότι αυτά τα αρθρόποδα δεν ριζώνουν σε πολλές φυσικές συνθήκες λόγω αναντιστοιχίας στην υγρασία, στους δείκτες θερμοκρασίας και στην εποχιακή κυκλικότητα.

Φόρεμα και τραπεζομάντιλο από ιστό αράχνης

Η αρχή του 21ου αιώνα σημαδεύτηκε από νέες προσπάθειες για την απόκτηση μεταξιού από το διαδίκτυο.

Το 2005, ο Νίκολας Γκούντλεϋ και ο Σάιμον Πιρς, που δραστηριοποιούνταν στη Μαδαγασκάρη, έκλεισαν το εργοστάσιό τους σε τσάντες από ίνες φοίνικας και άρχισαν να φτιάχνουν μετάξι από το νήμα των αράχνων που υφαίνουν σφαίρες.

Το πρώτο πραγματικά πραγματικό έργο τέχνης ήταν ένα χρυσό μεταξωτό τραπεζομάντιλο αράχνης, διακοσμημένο με τοπικά εθνικά στολίδια. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια τέτοια πολυτελής απόχρωση υφάσματος παρείχε το φυσικό χρώμα του ιστού αυτού του τύπου αράχνης.

Ο ιστός ενός εκατομμυρίου αράχνης χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ενός μοναδικού τραπεζομάντιλου διαστάσεων 3,4 x 1,2 m. Ενδιαφέρον γεγονός: 15.000 αράχνες μπορούν να παράγουν μόνο 30 γραμμάρια νημάτων αράχνης. Ένας μεταξωτός καμβάς αράχνης από τους Pierce and Goodley ζυγίζει 1180 γρ. Και το πιο ασυνήθιστο και πιο ακριβό ύφασμα στον κόσμο με εκπληκτικό χρυσό χρώμα κόστισε στους επιχειρηματίες μισό εκατομμύριο δολάρια και πέντε χρόνια ζωής.

Σήμερα όμως υπάρχουν ήδη δύο τέτοια αριστουργήματα στον κόσμο. Το δεύτερο ήταν ένα μοναδικό φόρεμα από κάπα, το οποίο παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο κοινό στο Βρετανικό Μουσείο Victoria and Albert το 2012. Φορέθηκε μόνο μια φορά, για φωτογράφηση. Χρειάστηκαν τέσσερα χρόνια και κλωστές εκατομμυρίων αράχνων με ιστό σφαίρας για να δημιουργήσουν μια τόσο ελίτ και απολαυστική στολή.

Heavy Duty Spider Silk - A Modern Approach

Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τα ακριβά πειράματα για τη χρήση του μεταξιού της αράχνης ταιριάζουν στους σύγχρονους επιστήμονες. Εξάλλου, το νήμα της αράχνης έχει πραγματικά μοναδικές ιδιότητες και είναι τόσο εύκολο να δημιουργήσετε αράχνες. Έχοντας μελετήσει προσεκτικά τη σύνθεση και τη διαδικασία παραγωγής του ιστού, έχουν ήδη καταλάβει πώς η πρωτεΐνη, τα μόρια της οποίας αλληλοσυνδέονται με τη βοήθεια του νερού, μετά από σύντομο χρονικό διάστημα μετατρέπεται στο ισχυρότερο νήμα που το νερό δεν μπορεί πλέον να διαλύσει.

Έχοντας αποκαλύψει το μυστικό αυτού του φαινομένου, σήμερα οι επιστήμονες έλαβαν μια απάντηση στο κύριο ερώτημα - είναι δυνατόν να γίνει συνθετικό μετάξι αράχνης. Και είμαστε έτοιμοι να χρησιμοποιήσουμε αυτή την ανακάλυψη σε διάφορους τομείς δραστηριότητας.

Ρούχα από μετάξι αράχνη - νέο 2016

Η παραγωγή μεταξωτών νημάτων του ιστού χωρίς τη συμμετοχή αράχνων παρέχει νέες δυνατότητες για τη χρήση μεταξιού αράχνης στη δημιουργία ρούχων.

Πριν από λίγο καιρό, η εταιρεία Spiber (Ιαπωνία), μαζί με έναν από τους κορυφαίους κατασκευαστές αθλητικών ειδών, παρουσίασε ένα σακάκι κατασκευασμένο από ύφασμα που είναι συνθετικό ανάλογο του μεταξιού αράχνης.

Αυτό είναι το πρώτο δείγμα ενδυμάτων τεχνητής πρωτεΐνης. Η έναρξη των πωλήσεων του Moon Parka ανακοινώθηκε στα τέλη του 2016. Το ζήτημα τουλάχιστον του εκτιμώμενου κόστους ενός τέτοιου προϊόντος παραμένει ανοιχτό. Αλλά το γεγονός ότι θα είναι προσιτό μόνο για πολύ πλούσιους αγοραστές (στην αρχή - χωρίς αμφιβολία), όλοι καταλαβαίνουν.

Το μετάξι της αράχνης είναι πολύ ακριβό, πρωτότυπο, εκπληκτικά όμορφο. Ωστόσο, έως ότου η παραγωγή του μεταξιού αράχνης φτάσει σε βιομηχανική κλίμακα, αγοράστε πράγματα από φυσικό μετάξι που δεν είναι λιγότερο αξιοσέβαστα και απολαυστικά από κάθε άποψη!

Θα ήθελα μόνο
η μικρή μου συμβολή να κάνω,
Για μια σύντομη ζωή ύφανση
Τουλάχιστον μια κλωστή από μετάξι...
Fleur

Αυτές τις φθινοπωρινές μέρες, κυνηγώντας ένα απρόσεκτο μανιτάρι στο δάσος, μπορεί κάλλιστα να πέσουμε στα δίχτυα της αράχνης. Φυσικά, αυτά τα δίχτυα δεν θα μας κρατήσουν πίσω, θα καταστρέψουμε την ανοιχτή ύφανση - τον καρπό του κόπου του αραχνοειδούς και, τινάζοντας τους ιστούς αράχνης από τα πρόσωπα, τα χέρια ή τα ρούχα μας, θα πούμε κάτι σαν: «Εδώ κρέμασαν δίχτυα». Ταυτόχρονα, μάλλον θα πρέπει να εκπλαγεί κανείς με την εξέλιξη που δημιούργησε την αράχνη και τον ιστό της - δυνατό και ελαστικό. Αυτό το υλικό είναι τόσο επιτυχημένο που ακόμη και τώρα οι άνθρωποι αρχίζουν να το χρησιμοποιούν, και όχι μόνο στην ιατρική μεταμοσχεύσεων, φτιάχνουν ακόμη και αθλητικά παπούτσια από αυτό. Οι εταιρείες που παράγουν τόνους ιστού (πιο συγκεκριμένα, οι πρωτεΐνες που συνθέτουν τη σύνθεσή του) αναπτύσσονται σαν μανιτάρια.

Το πιο ανθεκτικό μεταξύ των ελαστικών

Οι ίνες Ιστού διακρίνονται από εξαιρετικές μηχανοφυσικές ιδιότητες. Λόγω της αντοχής σε εφελκυσμό και της ελαστικότητάς τους, μπορούν να απορροφήσουν πολλή ενέργεια χωρίς να σπάσουν. Εάν πάρουμε δείγματα πρωτεΐνης ιστού αράχνης και συνθετικών ινών αραμιδίου - Kevlar, πανομοιότυπων σε μάζα, αποδεικνύεται ότι το Kevlar μπορεί να απορροφήσει τρεις φορές λιγότερη ενέργεια πριν από την καταστροφή. Στη σύνθεση της ινιδικής πρωτεΐνης του μεταξιού αράχνης, τα κύρια υπολείμματα αμινοξέων είναι η γλυκίνη, η αλανίνη και η σερίνη. Η αντοχή και η ελαστικότητα των μικρομετρικών νημάτων σκελετού του ιστού (δηλαδή ακτινωτά, σε αντίθεση με τα λιγότερο ανθεκτικά σπειροειδή) εξηγείται από το γεγονός ότι στο εσωτερικό τους υπάρχουν άκαμπτοι πρωτεϊνικοί κρύσταλλοι μεγέθους λίγων νανόμετρων, που διασυνδέονται με ελαστικούς πεπτιδικούς συνδέσμους . Απόλυτη πίεση στο σπάσιμο του νήματος του σκελετού ενός συνηθισμένου σταυρού Araneus diadematus - 1,1–2,7 GPa. Για σύγκριση: η αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα είναι 0,4–1,5 GPa και της ανθρώπινης τρίχας είναι 0,25 GPa. Και το συνηθισμένο μετάξι είναι κατώτερο από το μετάξι της αράχνης σε αυτόν τον δείκτη. Φυσικά, ο ιστός δεν μπορεί να ονομαστεί ούτε το ισχυρότερο ούτε το πιο ελαστικό υλικό, αλλά αυτές οι ιδιότητες είναι τέλεια ισορροπημένες σε αυτό.

Ακόμη και πριν από 15-20 χρόνια, δεν υπήρχαν περισσότερες από δέκα ερευνητικές ομάδες στον κόσμο που μελέτησαν τις ιδιότητες των πρωτεϊνών του ιστού αράχνης και τα χαρακτηριστικά του σχηματισμού τους. Τώρα υπάρχουν ήδη αρκετές δεκάδες τέτοιες ομάδες και η πρακτική εφαρμογή του Ιστού στην πραγματική ζωή φέρεται πιο κοντά από τρεις εταιρείες βιοτεχνολογίας που λειτουργούν με επιτυχία. Οι ερευνητές έχουν ήδη ανακαλύψει πώς οι αράχνες περιστρέφουν τον ιστό και τη σύνθεσή τους, και αυτές οι λεπτομέρειες ανοίγουν νέες χρήσεις για τον ιστό, από την αναγέννηση νευρικού ιστού έως τη συσκευασία καταναλωτικών αγαθών και την ανάπτυξη νέων συγκολλητικών. Οι γιατροί έλκονται από το μετάξι της αράχνης όχι μόνο για τον τέλειο συνδυασμό δύναμης και ελαστικότητας, αλλά και για το γεγονός ότι πρακτικά δεν προκαλεί ανοσοαπόκριση. Οι πρωτεΐνες του ιστού χρησιμοποιούνται επίσης σε βιοχημικά εργαστήρια - οι αλυσίδες τους μπορούν να τροποποιηθούν με ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους, δίνοντας στις πρωτεΐνες ειδικές ιδιότητες.

Οι κύριες εταιρείες που οδηγούν τις εξελίξεις στον τομέα αυτό και ήδη παράγουν το προϊόν είναι οι γερμανικές AMSsilk, Ιαπωνικά Spiberκαι αμερικανική (Καλιφόρνια) Κλωστές μπουλονιών. Συνήθως, χρειάζεται πολύ περισσότερος χρόνος από την εμφάνιση μιας νέας χημικής εταιρείας που δημιουργεί ουσιαστικά νέα χημικά προϊόντα μέχρι την είσοδό τους στην αγορά και την έναρξη των πωλήσεων.

Από τα καλλυντικά στη χειρουργική

Οι αραχνοφοβικοί δεν χρειάζεται να ανησυχούν. Τα εργοστάσια τεχνητού ιστού δεν είναι σαν τις φάρμες αραχνών, δεν υπάρχουν καθόλου αράχνες ή άλλα αρθρόποδα. Αντίθετα, η «πλέξη ιστού» πραγματοποιείται από διαγονιδιακούς οργανισμούς που περιέχουν γονίδια που ελέγχουν την έκφραση πρωτεϊνών ιστού, κυρίως βακτηρίων και ζυμομυκήτων. Αν και το μετάξι του ιστού αράχνης παράγεται επίσης από οργανισμούς από τους οποίους δεν θα το περιμένατε. για παράδειγμα, υπάρχει ένα κοπάδι από πενήντα γενετικά τροποποιημένες κατσίκες που δίνουν γάλα με πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης. Από ένα λίτρο γάλακτος από μια τέτοια κατσίκα, μπορούν να απομονωθούν έως και 4 γραμμάρια από αυτές τις πρωτεΐνες. Ωστόσο, τα βακτήρια και οι μύκητες αποδείχτηκαν πιο αποτελεσματικές "αράχνες ersatz".

Για παράδειγμα, μια εταιρεία AMSsilkχρησιμοποιεί γενετικά τροποποιημένες εκδόσεις Ε. coli. Τα βακτήρια αναπτύσσονται σε μεγάλες δεξαμενές ζύμωσης, μετά τα κύτταρα διασπώνται και εκκρίνουν την πρωτεΐνη μεταξιού αράχνης ως λευκή σκόνη, η οποία μπορεί στη συνέχεια να κοκκοποιηθεί, να υδροπηκτωθεί ή να γίνει ίνες - οι κατασκευαστές βιοσυνθετικών ιστών εμπορεύονται τα προϊόντα τους και στις τρεις μορφές.

Μία από τις δραστηριότητες AMSsilk- καλλυντικά μεταξωτές χάντρεςκαι μεταξωτό τζελμε πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης που παρέχουν στο δέρμα αναπνεύσιμη προστασία από βακτήρια και επιβλαβείς ουσίες στο περιβάλλον. Το βιοσυνθετικό μετάξι αράχνης διαφημίζεται συχνά ως "βίγκαν μετάξι" - ειδικά για όσους θεωρούν απαράδεκτο να σκοτώνουν κάμπιες μεταξοσκώληκα (προφανώς, για να αποκτήσετε έναν βιοσυνθετικό ιστό, πρέπει να σκοτώσετε Ε. coli, δεν βυθίζει τους vegan στη μελαγχολία).

Για τους κοσμητολόγους, ο βιοσυνθετικός ιστός είναι καλός γιατί οι πρωτεΐνες του δεν προκαλούν ανοσοαπόκριση και τα βακτήρια δεν αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται στην επιφάνειά τους. Αυτές οι ιδιότητες είναι ακόμη πιο σημαντικές για τη βιοϊατρική και οφείλονται στην πρωτογενή δομή των πρωτεϊνών. Οι ίνες μεταξιού ιστού αράχνης αποτελούνται από πρωτεΐνες spidroin που περιέχουν επαναλαμβανόμενες πεπτιδικές αλληλουχίες πλαισιωμένες από μη επαναλαμβανόμενες, μεμονωμένες περιοχές, περισσότερα από τα μισά υπολείμματα αμινοξέων στα οποία είναι η γλυκίνη. Ίσως είναι η υψηλή περιεκτικότητα σε υπολείμματα γλυκίνης στις εξωτερικές περιοχές των spidroins (τα υπόλοιπα υπολείμματα αμινοξέων βρίσκονται μέσα στη δομή των πρωτεϊνών του ιστού) που κάνει το μετάξι της αράχνης βιοσυμβατό. Το γεγονός είναι ότι η γλυκίνη είναι το μικρότερο αμινοξύ, η πλευρική του ομάδα, η οποία δεν εμπλέκεται στον σχηματισμό της αλυσίδας πρωτεΐνης, αποτελείται από ένα άτομο υδρογόνου και αυτό μειώνει την πιθανότητα συμμετοχής υπολειμμάτων γλυκίνης σε χημικές αντιδράσεις και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα κύτταρα δεν μπορούν να συνδεθούν με τα σπινδροΐνια και γιατί το μετάξι της αράχνης της βιοτεχνολογίας εφαρμόζεται στην επιφάνεια των ιατρικών συσκευών, έτσι ώστε τα spidroins να τους παρέχουν βιολογική προστασία.

Ερευνητές από AMSsilkαναφέρουν πειράματα στα οποία εφαρμόστηκαν πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης σε καθετήρες από πολυουρεθάνη, πολυστυρένιο, πολυαιθυλένιο, καθώς και σε μέταλλα και κεραμικά για εμφυτεύματα. Αποδείχθηκε ότι μια τέτοια επίστρωση παρέχει καλή αντιβακτηριακή προστασία και μειώνει τον κίνδυνο επιπλοκών κατά τη χρήση εμφυτευμάτων πολυσιλοξάνης (σιλικόνης) (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprosthetic Fibrous Capsule Formation // Προηγμένα Λειτουργικά Υλικά, 2014, 24, 2658–2666; doi:10.1002/adfm.201302813). Σε μια επίστρωση ιστού βιοτεχνολογίας, τα βακτηριακά βιοφίλμ αναπτύσσονται χειρότερα από ό,τι σε τεφλόν και χάλυβα.

Ανάπτυξη βιολογικών ιστών

Ονομαστή ιαπωνική εταιρεία Spiber- Σουηδικά Spiber Technologiesδεν καυχιέται ακόμη για προϊόντα που κυκλοφορούν στην αγορά, βρίσκεται σε φάση ανάπτυξης και λαμβάνει πρωτεΐνες μόνο σε ποσότητες γραμμαρίων. Οι βιοτεχνολόγοι αυτής της εταιρείας εισήγαγαν Ε. coliμόνο ένα μέρος του γονιδίου που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή σπινδροϊνών, έτσι ώστε τα βακτήρια να παράγουν πρωτεΐνες περίπου το ένα δέκατο του μεγέθους των φυσικών πρωτεϊνών μεταξιού αράχνης. Αυτές οι πρωτεΐνες πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δικτυωτών ή πορωδών ικριωμάτων για στοχευμένη ανάπτυξη βλαστοκυττάρων, αναδόμηση οστικού ιστού και επούλωση πληγών. Τα κύτταρα θηλαστικών έχουν ήδη καλλιεργηθεί με επιτυχία σε τέτοιες μήτρες. Πρόσφατα, Σουηδοί ερευνητές τροποποίησαν τη μεταξωτή σκαλωσιά τους με ένα συνδετικό μοτίβο χαρακτηριστικό της γλυκοπρωτεΐνης φιμπρονεκτίνης και διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα του δέρματος συνδέονται πιο αποτελεσματικά με ένα τέτοιο τροποποιημένο πρότυπο (Widhe M. et al. Ένα μιμητικό μοτίβο ινωδονεκτίνης βελτιώνει τη διαμεσολαβούμενη από την ιντεγκρίνη δέσμευση κυττάρων σε ανασυνδυασμένη αράχνη μεταξωτές μήτρες // Βιοϋλικά, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

Τα κύτταρα συνήθως καλλιεργούνται σε επίπεδη επιφάνεια, αλλά απαιτούνται ογκώδη ικριώματα για την ανάπτυξη των περισσότερων οργάνων και ιστών. Τρισδιάστατα πορώδη συστήματα κολοβωμένων spidroins με ενεργοποιητές κυτταρικής ανάπτυξης ενσωματωμένους σε αυτά μιμούνται τη μήτρα των ιστών και «ξεγελούν» τα κύτταρα, αναγκάζοντάς τα να αναπτυχθούν προς τη σωστή κατεύθυνση.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές μαθαίνουν πώς να αναπτύσσουν μικρά κομμάτια παγκρεατικού ιστού που χρειάζονται για τη θεραπεία του διαβήτη με αυτόν τον τρόπο. Μήτρες από μετάξι αράχνης in vitroμπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα των αποικιών ανθρώπινων παγκρεατικών κυττάρων για τρεις μήνες (Johansson U. et al. Pancreatic Islet Survival and Engraftment Is Promoted by Culture on Functionalized Spider Silk Matrices // PLOS One, 2015, 10, e0130169; doi:10.1371/journal.pone.0130169). Η τρισδιάστατη μήτρα όχι μόνο εξασφάλιζε τη βιωσιμότητα των κυττάρων, αλλά συνέβαλε επίσης στο γεγονός ότι ανταποκρίθηκαν στη διέγερση της γλυκόζης παράγοντας ινσουλίνη. Με την πάροδο του χρόνου, ο ιστός αυξήθηκε σε όγκο και περισσότερα αγγεία σχηματίστηκαν σε αυτόν (Shalaly N. D. et al. Οι μήτρες μεταξιού προάγουν το σχηματισμό συστάδων νησιδίων που εκκρίνουν ινσουλίνη // Βιοϋλικά, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006), γεγονός που αυξάνει τις πιθανότητες επιτυχούς μεταμόσχευσης.

Δουλεύοντας σε συνεργασία με SpiberΤο εργαστήριο της Anna Rising στο Royal Karolinska University της Σουηδίας χρησιμοποιεί το μοντέλο ex vivoνα μελετήσει τα χαρακτηριστικά της αναγέννησης του ιστού του νωτιαίου μυελού παρουσία μεταξιού αράχνης. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο περιφερειακός νευρικός ιστός προβάτου έχει αναπτυχθεί επιτυχώς σε οδηγούς μεταξιού αράχνης (Widhe M. et al. Προσκεκλημένη ανασκόπηση της τρέχουσας προόδου και των περιορισμών του μεταξιού αράχνης για βιοϊατρικές εφαρμογές // Βιοπολυμερή, 2012, 97, 6, 468–478, doi: 10.1002/bip.21715; Rising A. Ελεγχόμενη συναρμολόγηση: προϋπόθεση για τη χρήση ανασυνδυασμένου μεταξιού αράχνης στην αναγεννητική ιατρική; // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

Μίμηση της φύσης

Η αράχνη περιστρέφει τον ιστό με τη βοήθεια ειδικών αραχνοειδών αδένων - τα νήματα σχηματίζονται από ένα εξαιρετικά συμπυκνωμένο διάλυμα πρωτεΐνης, από αυτό το διάλυμα η θηλυκή αράχνη μπορεί να στρίψει έως και επτά τύπους ινών. Πρόσφατα, ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες μεταξιού αράχνης ελήφθησαν στο εργαστήριο Rising, οι οποίες όχι μόνο έχουν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες παρόμοιες με τις φυσικές πρωτεΐνες, αλλά και Ν- και C-άκρα, χαρακτηριστικά της αράχνης (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Αράχνες // International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290). Προς το παρόν, τα Β- και C-άκρα των περισσότερων βιοτεχνολογικών spidroins δεν είναι ίδια με αυτά των φυσικών, αλλά εν τω μεταξύ, αρκετοί επιστήμονες, όπως ο Thomas Scheibel από το Πανεπιστήμιο του Bayreuth, πιστεύουν ότι είναι η αρχή και το τέλος της αλυσίδας που είναι κρίσιμες για το σχηματισμό ισχυρών ινών από ένα υδατικό διάλυμα. Angewandte Chemie Int. Εκδ., 2015, 54, 2816–2820; doi:10.1002/anie.201409846).

Επί του παρόντος, οι περισσότερες εργαστηριακές μέθοδοι για τη μετατροπή των πρωτεϊνών μεταξιού αράχνης σε ίνες βασίζονται στη χρήση εξαφθοροϊσοπροπανόλης, ενός τοξικού διαλύτη που δεν είναι μόνο επικίνδυνος, αλλά μπορεί επίσης να καταστρέψει αργά τις πρωτεΐνες και έχει υψηλό κόστος. Όλα αυτά αποκλείουν τη δυνατότητα βιομηχανικής εφαρμογής του. Πρόσφατα, δημοσιεύτηκε μια μέθοδος που σας επιτρέπει να διαλύετε σπινδροΐνες σε καθαρό νερό και να λαμβάνετε ίνες από αυτές (Jones J. A. et al. More Than Just Fibers: An Aqueous Method for the Production of Innovative Recombinant Spider Silk Protein Materials // Βιομακρομόρια, 2015, 16, 1418–1425; doi:10.1021/acs.biomac.5b00226). Η λύση για την κλώση των ινών μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας φούρνο μικροκυμάτων, θεωρείται ότι η διάλυση παρέχεται από τη δράση της θερμοκρασίας και της πίεσης. Οι εταιρείες που αναπτύσσουν μεθόδους για την κλώση ινών μεταξιού αράχνης έχουν τις δικές τους προσεγγίσεις που δεν δημοσιεύονται στον ανοιχτό τύπο, αλλά προτιμούν επίσης να σχεδιάζουν έναν τεχνητό ιστό από ένα υδατικό διάλυμα, ελαχιστοποιώντας τη χρήση ακριβών και επικίνδυνων διαλυτών.

Το εργαστηριακό πρωτόκολλο για την επεξεργασία του βιοτεχνολογικού μεταξιού της αράχνης περιλαμβάνει την κατακρήμνιση-αλάτισμα πρωτεϊνών, οι οποίες μετουσιώνονται. Η καταβυθισμένη και μετουσιωμένη πρωτεΐνη στη συνέχεια σχηματίζεται σε μια ινώδη δομή από ένα εναιώρημα σε διάλυμα νερού-αλκοόλης. Οι μεμονωμένες ίνες μπορούν να κλωστούν σε νήματα που περιέχουν από οκτώ έως είκοσι τέσσερις κλώνους - τέτοια νήματα είναι ήδη κατάλληλα για πρακτική χρήση. Αλλά οι εταιρείες δεν χρειάζεται να περιστρέφουν ιστούς - είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιηθούν βιοτεχνολογικά spidroins σε μορφή σκόνης ή υδρογέλης για επικάλυψη. Υπολογίζεται ότι ένα κιλό πρωτεϊνών αράχνης θα ήταν αρκετό για την κατασκευή αντιβακτηριακών και αντιπηκτικών επικαλύψεων για αρκετά εκατομμύρια (από ένα έως δέκα, ανάλογα με το μέγεθος) καθετήρες. Ελπίζεται ότι μέχρι το τέλος του 2017 τέτοιος ιατρικός εξοπλισμός θα δοκιμαστεί σε ζώα, τα επόμενα 5 χρόνια ορισμένα από τα δείγματά του θα πιστοποιηθούν από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) και θα χρησιμοποιηθούν στην κλινική πράξη.

Στολή Spiderman

Τα τεχνητά spidroins χρησιμοποιούνται όχι μόνο στη βιοϊατρική. Έχει ήδη αναφερθεί ότι η αντοχή εφελκυσμού του μεταξιού αράχνης είναι υψηλότερη από αυτή του Kevlar, αλλά, δυστυχώς, η ικανότητα ελαστικής παραμόρφωσης σε απόκριση σε μηχανική φόρτιση δεν επιτρέπει τα καθαρά spidroins να θεωρούνται ως υλικό για «φυσικά» αλεξίσφαιρα γιλέκα. . Το αλεξίσφαιρο γιλέκο από μετάξι αράχνης θα πιάσει και θα σταματήσει τη σφαίρα, αλλά μέχρι εκείνη τη στιγμή πιθανότατα θα βγει από τον κορμό ή θα κολλήσει στα εσωτερικά όργανα μαζί με το «αλεξίσφαιρο γιλέκο». Το πλεονέκτημα των ινών αραμιδίου από τις οποίες κατασκευάζεται το Kevlar είναι ακριβώς ότι δεν παραμορφώνονται. Παρόλα αυτά, τα σύνθετα υλικά spidroins με αραμίδια ή ίνες άνθρακα είναι αρκετά κατάλληλα για την κατασκευή εύκαμπτων και ισχυρών δομικών στοιχείων αυτοκινήτων ή μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων. Υπάρχουν συνθέσεις από ανασυνδυασμένο μετάξι αράχνης με κεραμικά νανοσωματίδια που μπορούν να μπλοκάρουν αέρια και υδρατμούς, με αποτέλεσμα ιδανικά υλικά για συσκευασία τροφίμων (Doblhofer E. Structural Insights into Water-Based Spider Silk Protein - Nanoclay Composites with Excellent Gas and Water Vapor Barrier Properties / / Εφαρμοσμένα υλικά και διεπαφές ACS, 2016, 8, 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287). Δεν χρησιμοποιούνται τοξικές ουσίες στην παραγωγή τους, οι πρωτεΐνες διαλύονται στο νερό και το ίδιο το σύνθετο είναι διαφανές και βιοδιασπώμενο.

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του μεταξιού αράχνης είναι ότι δεν λιώνει. Επομένως, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα που κατασκευάζονται από νήματα αράχνης, φυσικά ή βιοτεχνολογικά, ενδιαφέρουν τους δημιουργούς στρατιωτικού εξοπλισμού. Όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως λάμψεις αναισθητοποίησης και ζωντανών χειροβομβίδων, οι νάιλον ιμάντες των κρανών και άλλων ειδών ένδυσης των σύγχρονων στρατιωτών μπορεί να λιώσουν ή ακόμα και να λιώσουν στο δέρμα, προκαλώντας σοβαρά εγκαύματα. Οι ίνες και τα υφάσματα που κατασκευάζονται από τεχνητά πλέγματα απλώς απανθρακώνονται, γεγονός που μειώνει τον κίνδυνο πρόσθετης έκθεσης στη θερμοκρασία του δέρματος - αυτό ακριβώς ενδιαφέρει ο στρατός, πρόθυμος να πληρώσει περισσότερα για να εξασφαλίσει την ασφάλεια του προσωπικού. Μέχρι στιγμής, το κόστος των βιοσυνθετικών ιστών είναι υψηλό και είναι απίθανο να μπορείτε να βρείτε κάτι με ετικέτα ανάμεσα σε οικονομικά ρούχα στο εγγύς μέλλον. μετάξι αράχνης(αγαθά με AliExpressδεν μετράει, οι κατασκευαστές μπορούν να γράψουν οτιδήποτε γι 'αυτούς). Ωστόσο, δύο εταιρείες εξακολουθούσαν να τολμούν να εμπορεύονται ρούχα κατασκευασμένα από spidroins βιοτεχνολογίας.

Έτσι, τον Σεπτέμβριο του 2015, μια εταιρεία αθλητικών ειδών για υπαίθριες δραστηριότητες Η Βόρεια όψηάρχισε να διαφημίζει και να δοκιμάζει ένα ανασυνδυασμένο αντιανεμικό μπουφάν από μεταξωτό αράχνη. Τα πρώτα δείγματα υπόσχονται να κυκλοφορήσουν φέτος, το 2017. Θα κατασκευαστούν από μετάξι αράχνης από ιαπωνική εταιρεία. Spiber. Εκπρόσωποι της εταιρείας διαβεβαιώνουν ότι κατάφεραν να μειώσουν το κόστος παραγωγής ινών spidroin στα εκατό δολάρια ανά κιλό. Ωστόσο, προκειμένου τα συνθετικά υφάσματα ιστού να πάψουν να είναι το μέρος της ελίτ, το κόστος παραγωγής νήματος θα πρέπει να είναι τουλάχιστον το ίδιο με αυτό του φυσικού μεταξοσκώληκα (30–70 δολάρια ανά κιλό, ανάλογα με την ποιότητα). Εταιρία Spiberελπίζει ότι αυτός ο στόχος είναι αρκετά εφικτός, το σκέφτονται και οι ανταγωνιστές του, αναπτύσσοντας όλο και φθηνότερες τεχνολογίες.

Έτσι, η ήδη αναφερθείσα γερμανική εταιρεία AMSsilkχρησιμοποιεί πρωτεΐνες από βιοσυνθετικό μετάξι αράχνης για την παραγωγή ινών με την εμπορική ονομασία Biosteel("Biostal"). Διαχείριση AMSsilkΕίμαι σίγουρος ότι από αυτή την ίνα θα κατασκευαστούν παπούτσια και ρούχα, καθώς και υφάσματα για το φινίρισμα καθισμάτων αυτοκινήτου και αεροπλάνου. Το 2014, η Adidas παρουσίασε μια σειρά αθλητικών προπονητικών παπουτσιών κατασκευασμένων σχεδόν εξ ολοκλήρου (εκτός από τη σόλα) από ίνες. Biosteel.

Έτσι, ο κολλώδης ιστός του δάσους έχει προχωρήσει πολύ και τώρα νέες χημικές εταιρείες υφαίνουν δυνατούς ιστούς από αυτόν, οι οποίες κατάφεραν να δημιουργήσουν την παραγωγή ενός γνωστού φυσικού υλικού και βρήκαν πολλές χρήσεις για αυτό. Ίσως σε δέκα χρόνια η παραγωγή βιοσυνθετικών ιστών να αναπτυχθεί τόσο πολύ που θα ρωτήσουμε συμβούλους σε ένα κατάστημα ρούχων τι είδους φυσικό μετάξι είναι αυτή η μπλούζα - μεταξοσκώληκας ή αράχνη. Φυσικά, τα silk spidroins θα συνεχίσουν να υφαίνουν τα δίκτυά τους στη χειρουργική, την αναγεννητική ιατρική και νέα πεδία που δεν γνωρίζουμε ακόμη. Κοιτάξτε, θα υπάρχει μια συσκευή ικανή να εκτοξεύει μια κλωστή από βιοσυνθετικό ιστό για να σκαρφαλώσει σε τοίχους ή να ακινητοποιήσει κακοπροαίρετους - και, το πιο σημαντικό, θα είναι δυνατό να γίνει αυτό χωρίς να περιμένετε το δάγκωμα μιας ραδιενεργού μεταλλαγμένης αράχνης.

Ας ονειρευόμαστε το αβαρές πλεκτή μπλούζα, ανθεκτική ως αλεξίσφαιρο γιλέκο. Από ποιες ίνες πιστεύετε ότι μπορεί να γίνει;Δεν θα μαντέψετε τίποτα! Μια τέτοια μπλούζα θα πλέκεται από νήμα που δημιουργείται από τον Ιστό!

Οι αράχνες υφαίνουν έναν ιστό για να κυνηγούν δίχτυα και ένα άνετο βιζόν. Οι νεαρές αράχνες πηγαίνουν σε έναν ιστό αράχνης για περιπέτειες σε μακρινά μέρη. Και οι άνθρωποι προσπαθούν εδώ και αιώνες να μάθουν πώς να χρησιμοποιούν τον Ιστό για τις δικές τους ανάγκες.

Οι αρχαίοι Κινέζοι δημιουργούσαν μετάξι από ιστούς αράχνης, ο Βασιλιάς Ήλιος είχε κάλτσες και γάντια πλεκτά από μετάξι αράχνης, ο Γάλλος φυσιοδίφης d'Orbigny φορούσε παντελόνια από ιστό αράχνης.

Πιο δυνατός από τον χάλυβα, ελαφρύς και ελαστικός, ο ιστός αποτελείται από μόρια πρωτεΐνης. Ο ιστός μπορεί, χωρίς να σπάσει, να τεντωθεί στο 40% του μήκους του και είναι τόσο ελαφρύς που μισό κιλό ιστού είναι υπεραρκετό για να τυλιχτεί γύρω από την υδρόγειο.

Έχει αποδειχθεί ότι ο ιστός έχει επίσης αντισηπτικές ιδιότητες και προάγει την επούλωση των πληγών. Οι μεγάλες αράχνες του γένους Nefila φημίζονται για το ότι περιστρέφουν τεράστια δίχτυα διαμέτρου έως και 8 μέτρων, τα οποία χρησιμοποιούν οι ψαράδες των νησιών της Πολυνησίας για να πιάσουν ψάρια. Στις φωτογραφίες βλέπετε αυτές τις αράχνες και τους ιστούς τους.

Γιατί λοιπόν νήματα με τόσο εκπληκτικές ιδιότητες δεν έχουν γεμίσει τα ράφια των καταστημάτων; Λόγω της αρπακτικής φύσης τους, οι αράχνες είναι πολύ δύσκολο να αναπαραχθούν σε αιχμαλωσία, αν πρόκειται να ξεκινήσετε μια φάρμα αραχνών, ίσως μετά από λίγο τα κατοικίδια ζώα σας απλά να φάνε το ένα το άλλο. Ωστόσο, παρά τις δυσκολίες, υπάρχουν γενναίοι άνθρωποι που δημιουργούν φάρμες αραχνών και οι Ιάπωνες επιστήμονες υπόσχονται να κυκλοφορήσουν σύντομα προϊόντα από τον Ιστό.

Κι όμως, παρ' όλες τις δυσκολίες και το κόστος της δουλειάς, έτοιμα πράγματα από μετάξι αράχνης υπάρχουν. Δείτε τη ρόμπα που παρουσίασαν στο κοινό σε μια έκθεση στο Λονδίνο ο Simon Pierce και ο Nicholas Goodley.

Αυτή τη στιγμή, αυτό είναι το μεγαλύτερο προϊόν από μετάξι αράχνης στον κόσμο και οι τεχνίτες εργάζονται για τη δημιουργία του για περισσότερα από τέσσερα χρόνια. Για να γίνει αυτό, χρειάστηκε να συλλεχθεί ένας ιστός με περισσότερες από ένα εκατομμύριο αράχνες.