La seta del ragno viene filata per la prima volta da bachi da seta geneticamente modificati

Gli scienziati cinesi sono riusciti a produrre la seta di ragno da bachi da seta geneticamente modificati, producendo una fibra molto più resistente del Kevlar. Pubblicato sulla rivista TemaQuesto studio innovativo presenta una potenziale alternativa ecologica alle fibre sintetiche commerciali. I risultati hanno implicazioni ad ampio raggio, che vanno dalle suture chirurgiche alle innovazioni nei campi militare, aerospaziale e biomedico.

Gli scienziati cinesi hanno sviluppato un metodo per produrre la seta di ragno da bachi da seta geneticamente modificati, fornendo un’alternativa forte e sostenibile alle fibre sintetiche con applicazioni in vari settori.

I ricercatori hanno creato la seta di ragno da bachi da seta geneticamente modificati, producendo una fibra sei volte più resistente della fibra di Kevlar utilizzata nei giubbotti antiproiettile. Lo studio è stato pubblicato il 20 settembre sulla rivista Tema, è stato il primo a produrre con successo proteine ​​della seta di ragno a lunghezza intera utilizzando i bachi da seta. I risultati dimostrano una tecnologia che può essere utilizzata per produrre un’alternativa ecologica alle fibre sintetiche commerciali come il nylon.

“La seta del baco da seta è attualmente l’unica fibra di seta animale ampiamente commercializzata, utilizzando tecniche di allevamento consolidate”, ha affermato Mei. “Pertanto, l’uso di bachi da seta geneticamente modificati per produrre fibre di seta di ragno consente una commercializzazione a basso costo e su larga scala”.

Immagine di seta a rullo forzato. Credito: Junpeng Mei

Sostenibilità della seta di ragno

Gli scienziati stanno considerando la seta del ragno come un’alternativa attraente e sostenibile alle fibre sintetiche, che possono rilasciare microplastiche dannose nell’ambiente e sono spesso prodotte da combustibili fossili che generano emissioni di gas serra. Ma rivolgersi alla natura per trovare alternative non è privo di sfide. I processi precedentemente sviluppati per la filatura della seta di ragno sintetica hanno faticato ad applicare uno strato superficiale di glicoproteine ​​e lipidi alla seta per aiutarla a resistere all’umidità e all’esposizione alla luce solare – uno “strato di pelle” antietà che i ragni applicano sulle loro tele.

Mee afferma che i bachi da seta geneticamente modificati offrono una soluzione a questo problema, poiché i bachi da seta ricoprono le loro fibre con uno strato protettivo simile.

“La seta di ragno rappresenta una risorsa strategica che ha urgente bisogno di essere esplorata”, ha affermato Junping Mei, dottorando presso la Scuola di Bioscienze e Ingegneria Medica dell’Università di Donghua e primo autore dello studio. “Le prestazioni meccaniche eccezionalmente elevate delle fibre prodotte in questo studio sono molto promettenti in questo campo. Questo tipo di fibra può essere utilizzata come sutura chirurgica per soddisfare una domanda globale che supera i 300 milioni di procedure chirurgiche all’anno.

Le fibre di seta del ragno potrebbero anche essere utilizzate per realizzare indumenti più comodi e tipi innovativi di giubbotti antiproiettile, afferma Mei, e potrebbero avere applicazioni nei materiali intelligenti, nell’esercito, nella tecnologia aerospaziale e nell’ingegneria biomedica.

Fibra di seta prodotta da bachi da seta geneticamente modificati. Credito: Junpeng Mei

Processo di sintesi e sfide

Per filare la seta del ragno dai bachi da seta, Mei e il suo team hanno inserito i geni della proteina della seta del ragno nella cellula DNA Dai bachi da seta da esprimere nelle loro ghiandole utilizzando una combinazione della tecnologia di editing genetico CRISPR-Cas9 e centinaia di migliaia di microiniezioni nelle uova fecondate del baco da seta. Mei ha detto che l’ICSI ha posto “una delle sfide più importanti” nello studio, ma quando ha visto gli occhi dei bachi da seta brillare di rosso sotto un microscopio a fluorescenza – un segno di successo dell’editing genetico – è rimasto elettrizzato.

“Ho ballato e praticamente sono corso nell’ufficio del professor Meng Qing per condividere questo risultato”, ha detto Mei. “Ricordo chiaramente quella notte, l’eccitazione mi teneva sveglio.”

I ricercatori dovevano anche apportare modifiche di “localizzazione” alle proteine ​​della seta di ragno geneticamente modificate in modo che interagissero correttamente con le proteine ​​nelle ghiandole del baco da seta, garantendo che le fibre venissero filate correttamente. Per guidare le modifiche, il team ha sviluppato un “modello strutturale di base in miniatura” della seta del baco da seta.

“Il concetto di ‘localizzazione’ introdotto in questa tesi, insieme al semplice modello strutturale proposto, rappresenta un significativo allontanamento dalla ricerca precedente”, afferma Mee. “Siamo fiduciosi che la commercializzazione su larga scala sia all’orizzonte”.

prospettive future

In futuro, Mei prevede di utilizzare le conoscenze sulla durabilità e la resistenza delle fibre di seta di ragno sviluppate nel presente studio per sviluppare bachi da seta geneticamente modificati che producono fibre di seta di ragno da materiali naturali e ingegnerizzati. Aminoacidi.

“L’introduzione di oltre un centinaio di amminoacidi ingegnerizzati racchiude un potenziale illimitato per le fibre di seta di ragno ingegnerizzate”, afferma Mei.

Riferimento: “Fibra di seta di ragno intera ad alta resistenza e ultra resistente filata da baco da seta geneticamente modificato” di Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang , Luoyang Tian e Cheng Meng, 20 settembre 2023, Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China, dai progetti chiave della Commissione municipale di scienza e tecnologia di Shanghai, dai progetti di cooperazione internazionale della Commissione municipale di scienza e tecnologia di Shanghai e dai fondi di ricerca fondamentale per le università centrali.