Паутина из молока

28 декабря 2015
По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.

    По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.

    Паучья паутина — одно из чудес природы. По прочности она превосходит сталь: подсчитано, что канат, сплетенный из паутинных нитей, выдерживает куда большую нагрузку, чем такой же стальной трос. Но при этом паутина гибче и растяжимей нейлона, поэтому канаты из нее не обладают той «усталостью», которая ведет к разрыву стальных канатов после многих перегибов.

    Огромная гибкость при огромной прочности — вот особенности, которые давно уже заставляли ученых завидовать паукам и искать пути создания искусственной паутины. До последнего времени успеха не добивался никто. И вот теперь его добились исследователи из фирмы «Нексия».

    Пауки плетут паутину из молекул двух специальных, довольно тяжелых белков, которые производятся под управлением соответствующих генов в особых, специализированных эпителиальных клетках. Клетки эти выделяют свои белки в виде водного раствора в «паутинную железу» паука, которая, в свою очередь, выдавливает их наружу. В процессе этого выдавливания каким-то еще не вполне понятным образом молекулы переплетаются друг с другом, образуя паутинное волокно. Исследователи пытались пересадить паучьи гены, управляющие производством паутинных белков, в какие-нибудь иные клетки — бактериальные, дрожжевые, растительные. Результатом неизменно оказывалось выделение паутинных белков, которые отличались от паучьих тем, что не растворялись в воде и немедленно свертывались в уродливые комки внутри клетки, приводя к ее гибели.

    Исследователи из «Нексии» решили попробовать ту же технику на клетках млекопитающих, причем выбрали для изучения два типа клеток, делающих в организме млекопитающих примерно то же, что паутинные клетки делают в организме паука. Один вид «подопытных» клеток был взят из эпителия быка, другой — из почек хомяка. Успех пришел сразу. Оба вида клеток «восприняли» пересаженные гены и стали производить — и секретировать — паутинные белки, растворимые в воде. Получив водный раствор белков достаточной концентрации, исследователи пропустили его через крохотное отверстие шприца в другой раствор, содержавший метанол. Изменение кислотности среды привело к тому, что молекулы белков сами собой собрались в непрерывную нить. И нить эта оказалась поистине «паутинной»: она была легче, но прочнее соответствующей стальной и гибче соответствующей нейлоновой.

    Впрочем, в меньшей мере, чем настоящая паутина. Исследователи полагают, что причиной тому были два недостатка их методики. Во-первых, они использовали для создания нитей только один паутинный белок из двух. Во-вторых, молекулы этого белка были втрое легче, чем соответствующего белка в паучьих клетках.

    Оба недостатка легко преодолеваются. В последних своих экспериментах исследователи «Нексии» подсадили в «подопытные» клетки сразу три экземпляра «паутинных генов» вместо одного и уже получили более тяжелые молекулы. И они уже ведут поиск вспомогательного раствора, свойства которого принудили бы к свертыванию в нити сразу двух типов молекул. Добившись успеха, они намерены перейти к поискам методов массового, конвейерного производства паутинных нитей.

    Их легкость. прочность и гибкость открывают перед нами множество возможностей их применения — от искусственных сосудов и сухожилий до «невесомых» обогревающих костюмов и высокопрочных защитных жилетов для армии.

    Поначалу исследователи планируют внедрить искусственную паутину в те области, где не требуется большого количества материала, прежде всего — в медицину. А в дальних их планах — пересадка паутинных генов в клетки молочной железы у коз и овец, что со временем должно сделать возможным «прядение» паутины из молока.

    И все это — без необходимости разводить миллионы живых пауков!