Pajęcze nici są jednym z najbardziej wytrzymałych materiałów. Oczywiście w przeliczeniu na swoją grubość, bowiem są niezwykle cienkie. Gdybyśmy jednak potrafili z nich splatać grubsze włókna, byłyby niemal nie do rozerwania. 

Niestety trudno jest hodować pająki, by produkowały nam przędzę – to samotniki i drapieżniki. Choć możliwe jest to w laboratoriach, nigdy nie uda się na przemysłową skalę. 

Biotechnolodzy zaczęli więc przeszczepiać pajęcze geny innym organizmom. Pracują nad tym w wielu laboratoriach na świecie, bo superwytrzymałe włókna bardzo przydałyby się w podboju kosmosu, na lekkie osłony balistyczne, trwałe chirurgiczne nici, czy choćby niezniszczalną odzież motocyklową. 

Wyścig po pajęcze nici 

Badaczom z Uniwersytetu Notre Dame (USA) udało się kilka lat temu wyhodować transgeniczne jedwabniki produkujące pajęcze nici. Większość eksperymentów prowadzi się jednak na bakteriach. 

W magazynie ACS Nano grupa badaczy z Washington University w St. Louis ogłosiła właśnie, że udało im się stworzyć materiał jeszcze wytrzymalszy niż tradycyjna pajęcza nić. Do jego produkcji zaprzęgli właśnie bakterie, genetycznie zmodyfikowane w laboratorium prof. Fuzhong Zhanga. 

Jego zespół pracował nad tym już wcześniej. W 2018 roku udało się im zmodyfikować bakterie tak, by wytwarzały włókna o własnościach porównywalnych z pajęczymi. Zachęceni tym osiągnięciem postanowili stworzyć jeszcze mocniejsze nici. Również z pomocą mikrobów. 

Co zrobili badacze, żeby sztuczne nici były trwalsze 

Głównym problemem w wytwarzaniu takich włókien jest zawartość tzw. nanokryształów beta, od których zależna jest moc przędzy. Pająki w swojej przędzy wytwarzają je w odpowiedniej ilości, ale mają za sobą miliony lat doświadczeń i ewolucji. Gdy próbuje się takie nici tkać w laboratorium, ilość nanokryształów jest niższa. A to oznacza, że włókna są słabsze. 

Żeby je wzmocnić, badacze zmodyfikowali kolejność aminokwasów, z których złożone są białka – bowiem nici pajęcze składają się właśnie z białek. Im dłuższy łańcuch aminokwasów, tym wytrzymalsze nici. Tyle że bakterie łatwiej nakłonić do produkcji krótszych łańcuchów. Okazało się, że złotym środkiem są białka złożone ze 128 aminokwasów.  

W ten sposób produkowane przez bakterie włókna okazały się bardziej odporne na rozrywanie i rozciąganie niż stal i kevlar. A nawet bardziej wytrzymałe niż naturalna pajęcza przędza. – To pokazuje, że możemy tak sterować naturą, żeby produkować materiały lepsze od najlepszych w niej występujących – komentuje prof. Zhang. 

W obronie nie tylko środowiska 

„Pajęcze nici” mogą także pomóc chronić środowisko. Niedawno badacze z Cambridge zainspirowani pajęczą przędzą i jej niezwykłą wytrzymałością stworzyli polimer, który może zastąpić plastik. Tworzywo to, podobnie jak pajęcze nici i jedwab, również składa się z białek – ale są to białka roślinne.

Dr. Rodriguez Garcia cieszył się wtedy, że udało się rozszyfrować, jak można kontrolować proces składania się białek, by roślinne były równie mocne i trwałe, jak stosowane dziś tworzywa sztuczne. Jeszcze w tym roku folia utkana z takich roślinnych białek ma być produkowana przez spółkę Uniwersytetu w Cambridge. Spółka chce wypuścić na rynek saszetki i kapsułki, które mogą zastąpić opakowania z folii LDPE. 

Kiedy zaś doczekamy się lekkich zbroi z superwytrzymałych pajęczych nici tkanych przez genetycznie zmodyfikowane bakterie, prof. Zhang nie ujawnia. 

Źródło: Washington University St. Louis, ACS Nano.