биологична стомана
Група японски учени, ръководени от професора от университета Шинсу в Токио Масао Нагакаки, откриха начин да получат специално влакно от мрежата, от което могат да се направят тъкани, подходящи както за шиене на леки горни дрехи, така и за създаване на тежки бронежилетки.
Изследователите са вмъкнали гените, отговорни за производството на мрежи в тялото на паяка, в хромозомата на копринената буба. След тази манипулация копринените буби започват да произвеждат влакно, което съчетава свойствата на коприната и паяжината. На пръв поглед материалът не се различава от естествената коприна, но е много по-здрав и издръжлив. По принцип по своя аминокиселинен състав мрежата е близка до коприната. Но структурата на тези материали е различна, което обяснява уникалните свойства на мрежата.
„Според характеристиките си мрежата е уникален материал“, каза за RBC Daily Владимир Дебабов, доктор на биологичните науки, член-кореспондент на Руската академия на науките, директор на GosNIIgenetika. „Той е пет пъти по-здрав и седем пъти по-лек от стоманата. Мрежата може да се разтегне с 15% и ще се върне в първоначалната си форма. Нито един изкуствен полимер не може да се похвали с такива свойства.”
Тестовете на механичните свойства на мрежата с помощта на специално устройство Instron, което задава скоростта на деформация и измерва натоварването, показаха, че тя има висока разтегливост и може да издържи натоварвания до 450 MPa, като фибростъкло. Тези феноменални свойства на мрежата се обясняват с нейната повишена молекулярна подвижност, дължаща се на съставните водни молекули, които съставляват 60-70% от влакното. Без водния компонент той би станал крехък и чуплив. Мрежата не се счупва при удар с енергия до 10 GJ / m³ (енергия на куршума), което я прави най-здравият материал, познат на човечеството. Например, ако създаватетънка нишка с диаметър 0,7-0,8 мм, тогава мрежа от такива шнурове може да спре летящ самолет.
Но при естествени условия е невъзможно да се получи нишка с такава дебелина. Тези насекоми, за разлика от копринените буби, не могат да „работят в екип“ (не напразно съществува изразът „паяци в буркан“) и ако два паяка се окажат на една и съща територия, те просто ще се изядат един друг. А в изкуствени условия създаването на аналог на мрежата е още по-трудно. Факт е, че мрежата се състои от два протеина, които са много големи по размер (за сравнение: уеб протеинът е седем пъти по-голям от протеиновата молекула на човешкото тяло), така че не е лесно да се получи с помощта на генно инженерство. Но учените все пак успяха да създадат аналог на мрежата с помощта на генетична модификация.
Служители на канадската компания Nexia Biotechnologies установиха, че секреторните жлези на паяците, които произвеждат мрежови протеини, са подобни по структура на секреторните жлези на козите. След това изследователите въведоха гена на паяжината на кълбовидната мрежа в ДНК на козата, който отговаря за кодирането на протеини в мрежата. След известно време в козето мляко започнаха да се появяват протеини от паяжина. Материалът, създаден от синтезирани протеини, наречен от учените "биостал", се взема предвид от Пентагона. "Стоманената" мрежа ще се използва във военната индустрия за модифициране на танкове и бронежилетки. „Наистина преди пет години в Квебек успяха да получат протеин от паяжина от модифицирано козе мляко. Този концентрат обаче се пуска в много малки количества и струва около 1000 долара за грам”, допълва Владимир Дебабов.
Български учени работят върху създаването на паяжина от коприна с помощта на микроорганизми – дрожди. „Изследователи от Държавния изследователски институт по генетика изолираха гените на паяка и ги въведоха в клетките на специални дрожди, растящи върху метанол. И в тези клеткипроцесът на синтез на протеини от паяжина, от които впоследствие се създава нишка “, обясни Александър Яненко, доктор на биологичните науки, заместник-директор на Държавния изследователски институт по генетика, пред RBC daily.
Но получаването на уеб протеин е само половината от битката. Оказва се, че свойствата на този материал зависят не само от специалния характер на мрежата, но и от метода на тъкане на нишки. Китайски учени установиха, че ако от копринената буба се издърпа нишка, създаваща силно напрежение, полученото влакно ще бъде два пъти по-здраво от обикновено. Паякът пък плете мрежите си по много особен начин и досега никой не може да повтори това изкуство.
„Всички изкуствени аналози на мрежата, които съществуват днес, са по-ниски от естествения стандарт“, обобщава Владимир Дебабов. Въпреки това учените не се отчайват и непрекъснато се опитват да създадат "идеална" мрежа. И така, международна група от изследователи от Еврейския университет в Йерусалим, специалисти от Мюнхенския и Оксфордския университет, следвайки канадците, използваха методи на генно инженерство, за да създадат влакна от паяжина, които са почти идентични с естествените. Учените са изолирали гени на градински паяк, които кодират протеини от въжена коприна. Влакната, образувани от тези протеини, се оказаха шест пъти по-здрави от найлона и не му отстъпваха по еластичност. Възможността за създаване на изкуствена мрежа в индустриален мащаб ще отвори нови възможности за учените. Използването на най-здравите и тънки влакна ще позволи създаването на свръхлеки бронежилетки, микропроводници, предпазни въжета, оптични влакна и дори „паяк“ конец за зъби, чиято идея вече е патентована в Израел. Но, разбира се, медицината ще стане приоритетна област за използване на мрежата.
„Мрежата може да бъде трансплантирана на места с фрактури или други сериозни наранявания и да се използва като скеле, накоето ще изгради нова тъкан, - обясни Александър Яненко. „Тъй като тъканта на мрежата е съвместима с тъканите на човешкото тяло, тя няма да предизвика отхвърляне.“ А високата екологичност на този биоматериал, който лесно се разлага от микроорганизми, прави проектите за създаване на мрежа в индустриален мащаб една от най-обещаващите области на съвременното биоинженерство.