Pszczela nić silniejsza od stali. Naukowcy odtworzyli ją w laboratorium
Jedwab pszczeli jest lekki, wytrzymały, antybakteryjny i oddychający. Zespół z Utah State University jako pierwszy na świecie odtworzył go w laboratorium, otwierając drogę do produkcji biodegradowalnych materiałów przyszłości.
Większość z nas kojarzy jedwab z jedwabnikami i pajęczynami. Tymczasem w przyrodzie przędzie go co najmniej 23 linie ewolucyjne owadów – w tym pszczoły. I to właśnie ich nić może okazać się materiałem, na który czeka XXI wiek.
Niedoceniany cud natury
→ Czytaj też: Stop, który jest dwa razy mocniejszy od stali. Pierwszy taki metal w historii
O tym, że pszczoły produkują jedwab, wiemy od dawna. Jednak dopiero teraz naukowcom udało się go odtworzyć w laboratorium. Zespół z Utah State University pod kierunkiem Orana Wassermana jako pierwszy na świecie wytworzył film z białek jedwabiu pszczoły samotnicy – sadzonki błękitnej (Osmia lignaria).
– Produkcja jedwabiu jest w przyrodzie znacznie bardziej rozpowszechniona, niż większość ludzi sądzi – mówi Wasserman, biolog molekularny, który doktorat robił w laboratorium Justina Jonesa. – Jedwab ewoluował niezależnie wielokrotnie, co najmniej 23 razy tylko wśród owadów – dodaje.
Jak pszczoła tka kokon
→ Czytaj też: Google chce wypuścić 32 miliony komarów. Ten plan ma więcej sensu, niż myślisz
W przeciwieństwie do jedwabnika, który snuje kokon z jednej ciągłej nici, larwa pszczoły działa bardziej jak architekt. Mocuje nić do ściany gniazda, przeciąga ją ruchem głowy i zakotwicza w nowym punkcie. Powtarza to, aż całkowicie się otoczy.
Powstały kokon ma zaledwie kilka warstw, ale spełnia kilka funkcji naraz: umożliwia wymianę gazową, chroni przed wilgocią, jest elastyczny, a do tego odporny na ataki pasożytniczych os. Te ostatnie próbują przebić kokon igłowatym pokładełkiem, by złożyć w środku jaja. Jedwab pszczeli jest na tyle wytrzymały, że skutecznie je powstrzymuje.
Od larwy do probówki
Największym wyzwaniem było odtworzenie jedwabiu poza organizmem owada. Wasserman opracował protokół, który pozwala pobrać nić bezpośrednio z otworu gębowego larwy w momencie, gdy zaczyna prząść. Larwy hoduje się w drukowanych 3D gniazdach, a badacze codziennie monitorują ich postępy.
– Najbardziej obiecujące jest to, że larwy kontynuują tworzenie kokonów, co wskazuje, że metoda jest minimalnie inwazyjna – tłumaczy Wasserman. Pobrane włókna posłużyły do wyizolowania genów odpowiedzialnych za produkcję białek jedwabiu – fibroin. Naukowcy wstawili je do zmodyfikowanego mikroorganizmu, który zaczął produkować białka w laboratorium. Oczyszczone fibroiny odlano następnie w przezroczyste, samonośne filmy.
To pierwszy przypadek, gdy białko jedwabiu pszczoły samotnicy zostało wytworzone tą metodą i przekształcone w materiał.
Co z tego będzie?
Jedwab pszczeli ma właściwości, które czynią go kandydatem na materiał przyszłości: jest lekki, wytrzymały, elastyczny, antybakteryjny i oddychający. Idealnie nadaje się do zastosowań biomedycznych – jako nici chirurgiczne, rusztowania do hodowli tkanek czy opatrunki.
Naukowcy z Utah nie poprzestają na pszczołach. W swoich laboratoriach pracują nad połączeniem jedwabiu pszczelego z białkami śluzu śluzicy – głębinowej ryby, która wytwarza lepką substancję o właściwościach zbliżonych do pajęczej nici. Oba materiały mają podobną strukturę białkową, więc można je ze sobą mieszać.
– Jedwab używany jest od tysiącleci, ale większość uwagi poświęcono zaledwie garstce gatunków – głównie jedwabnikom i pająkom – podsumowuje Wasserman. – Tymczasem wśród owadów jedwab jest zdumiewająco różnorodny. Wiele aspektów pozostaje słabo poznanych. W miarę postępu badań spodziewam się, że wiele otwartych pytań zacznie znajdować odpowiedzi.
Badania opublikowano w czasopismach PLOS One i SynBio.
