УЧЕНИЕ О СЕТИ Исследователи вплотную подошли к синтезированию одного из прочнейших природных веществ

Прочность, гибкость и биосовместимость паутины делают ее одним из самых невероятных природных материалов. Современные ученые приближаются к этапу массового производства искусственной паутины.

Исследователи в Медицинской школе Ганновера изучают варианты применения паутины для лечения ран, восстановления сухожилий и нервов. Недавно им удалось сшить 6-сантиметровый большеберцовый нерв крупного животного с помощью «паучьего шелка». Регенерация нервов заняла всего десять месяцев.

«Паутина прочнее нейлона, к тому же она отличается низкой иммуногенностью и положительно влияет на лечебный процесс», - говорит Крестин Реймерс, профессор биологии отделения пластики и восстановительной хирургии.

Прочнее стали или кевлара и эластичнее резины паутина стала одним из самых востребованных направлений материаловедения с упором на применение в медицине и военных разработках, а также в составе сверхпрочных промышленных кабелей, тонких пленок и покрытий.

«Паутина бывает разной, некоторые виды отличаются повышенной прочностью, эластичностью и долговечностью», - говорит Шерил Хайаши, профессор биологии в Калифорнийском университете, Риверсайд, США, который более двадцати лет посвятил изучению генетики паутины. «Подобные свойства делают паутину чрезвычайно привлекательным материалом, особенно с учетом ее минимального веса».

“ПАУТИНА ПРОЧНЕЕ НЕЙЛОНА, К ТОМУ ЖЕ ОНА ОТЛИЧАЕТСЯ НИЗКОЙ ИММУНОГЕННОСТЬЮ И ПОЛОЖИТЕЛЬНО ВЛИЯЕТ НА ЛЕЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС”

КРЕСТИН РЕЙМЕРС ПРОФЕССОР БИОЛОГИИ ОТДЕЛЕНИЯ ПЛАСТИКИ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ХИРУРГИИ, МЕДИЦИНСКАЯ ШКОЛА ГАННОВЕРА

Самая большая проблема заключается в производстве материала в достаточном объеме, ведь в отличие шелкопряда пауки относятся к каннибалам, а выход паутины у них невелик. С учетом этого ученые трудятся над созданием искусственной паутины, чтобы отказаться от услуг живых
пауков.

ПРАВИЛЬНЫЕ ГЕНЫ

Рэнди Льюис, который в 2011 году устроился в центр искусственных биопродуктов (Synthetic Bioproducts Center) Университета штата Юта (США), стал первопроходцем в деле производства искусственной паутины, выделив ген, отвечающий за производство паутинного белка. Работая в должности профессора молекулярной биологии в Университете Вайоминга (США), Льюис сумел передать этот ген другим организмам, в том числе, трансгенным козам, которые вырабатывают паутинный белок в своем молоке. После извлечения из молока и пряжи из белка получается волокно, частично обладающее свойствами природной паутины.

Льюис со своими коллегами также изучает варианты производства паутинных белков из бактерий. В 2014 году им удались сразу два открытия. «Для начала мы смогли в четыре-шесть раз увеличить количество бактерий, выращиваемых в ферментационном чане», - говорит Льюис. «А затем мы сумели вчетверо увеличить количество белков, производимых каждой бактерией. В результате объем производства у нас вырос минимум в десять раз».

ПАУТИНА ИЗ БАКТЕРИЙ

Компания Spiber была создана сотрудниками японского университета Кейо и занялась производством материала под названием Qmonos, созданного из искусственного фиброина – класса белков, входящих в состав натуральной паутины. Qmonos создается в процессе микробиологической ферментации, может перерабатываться в волокно, пленку, гель, губку и порошок для применения в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмос и медицина.

«Компанией Spiber создано и синтезировано уже более 400 вариантов Qmonos», - говорит Кенджи Хигаши, директор по маркетингу. «В ноябре 2013 года мы запустили первый пилотный завод для проверки и отладки технологических процессов, надеемся, первые промышленные партии Qmonos появятся на мировом рынке в ближайшие пару лет».

В то же время немецкая компания AMSilk разработала фирменную технологию производства паутинных волокон в промышленных масштабах. С ноября 2013 года AMSilk продает свои паутинные белки для использования в косметике. «На текущем этапе мы доказали возможность коммерческого производства паутинного волокна», - говорит Лин Ромер, управляющий директор AMSilk и руководитель всех НИОКР.

ГИБРИДНЫЙ ШЕЛК

В числе прочих возможности паутины активно осваивает американская компания Kraig Biocraft Laboratories из Лансинга, Мичиган.

«В то время как остальным удалось перейти к искусственному производству паутинных белков, мы не смогли решить проблему получения белковых волокон в значимом объеме», - говорит Кип Томпсон, основатель и генеральный директор Kraig Biocraft Laboratories. «Нам показалось замечательной идеей использовать шелкопрядов для производства паутины, ведь они уже доказали свою коммерческую жизнеспособность в качестве шелкопроизводящей платформы».

“ПАУТИНУ МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕВОСХОДНОГО ВОРСА ИЛИ ПРЯЖИ, ЕЕ МОЖНО СМЕШИВАТЬ С ДРУГИМИ МАТЕРИАЛАМИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ, ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ЦЕЛЕЙ”

ШЕРИЛ ХАЙАШИ ПРОФЕССОР БИОЛОГИИ, КАЛИФОРНИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, РИВЕРСАЙД, США

Вместе с д-ром Малкольмом Фрейзером, профессором молекулярной биологии и генетики в Университете Нотр-Дам в Индиане (США), Томпсон работал над методикой сплайсинга генов, чтобы в конце получить шекопрядов, дающих паутину. В 2010 году он вырастил первую партию шелкопрядов породы «Monster Silk», которые производили гибридный паутинный шелк.

«С начала коммерческой программы в октябре 2013 года нам удалось удвоить количество производимого паутинного шелка», - говорит Томпсон. «В ближайшее время мы планируем выбраться на текстильный рынок. Обычный шелк стоит около $100 за килограмм, у нас же будет супершелк по той же цене».

ЛУЧШЕ НАСТОЯЩЕЙ?

До сих пор никому не удалось создать искусственную паутину, которая по своим свойствам не уступала бы природной паутине. Зато получилось подобраться практически вплотную.

«Сейчас наши лучшие волокна идентичны кевлару, но лишь наполовину отражают возможности настоящей паутины», - говорит Льюис из Университета Юты. Оптимизм бытует и в компании Spiber. «Некоторые из вариаций материала Qmonos превосходят естественную паутину по показателю вязкости», - говорит Хигаши.

Томпсон полагает, что Kraig Biocraft уже близка к производству искусственной паутины, равной по своим свойствам или превосходящей натуральную. «Природа вдохновляет нас на новые открытия, - говорит Томпсон, - но не устанавливает пределы». ◆

автор статьи Ребекка Ламберт Вернуться к началу страницы
автор статьи Ребекка Ламберт