Edderkoppesilke fremstillet af fotosyntetiske bakterier

Edderkopper producerer utroligt stærke og lette tråde kaldet draglines, der er lavet af silkeproteiner. Selvom de kan bruges til at fremstille en række nyttige materialer, at få nok af proteinet er svært, fordi kun en lille mængde kan produceres af hver lille edderkop. I en ny undersøgelse offentliggjort i Kommunikationsbiologi , et forskerhold ledet af Keiji Numata ved RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) rapporterede, at det lykkedes dem at producere edderkoppesilken ved hjælp af fotosyntetiske bakterier. Denne undersøgelse kan åbne en ny æra, hvor fotosyntetiske biofabrikker stabilt producerer hovedparten af ​​edderkoppesilke.

Ud over at være hård og let, silke afledt af leddyrarter er biologisk nedbrydelige og biokompatible. I særdeleshed, edderkoppesilke er ultralet og er lige så sejt som stål. "Spider silke har potentialet til at blive brugt til fremstilling af højtydende og holdbare materialer såsom rivefast tøj, bildele, og rumfartskomponenter, " forklarer Choon Pin Foong, der har udført denne undersøgelse. "Dens biokompatibilitet gør det sikkert til brug i biomedicinske applikationer såsom lægemiddelleveringssystemer, implantatanordninger, og stilladser til vævsteknik. "Fordi kun en spormængde kan fås fra en edderkop, og fordi det er svært at opdrætte et stort antal edderkopper, der er gjort forsøg på at fremstille kunstig edderkoppesilke i en række forskellige arter.

CSRS-holdet fokuserede på den marine fotosyntetiske bakterie Rhodovulum sulfidophilum. Denne bakterie er ideel til at etablere en bæredygtig biofabrik, fordi den vokser i havvand, kræver kuldioxid og nitrogen i atmosfæren, og bruger solenergi, som alle er rigelige og uudtømmelige.

Forskerne gensplejsede bakterien til at producere MaSp1-protein, hovedkomponenten i Nephila-edderkoppens trækline, som menes at spille en vigtig rolle i styrken af ​​edderkoppesilken. Optimering af gensekvensen, som de indsatte i bakteriens genom, var i stand til at maksimere mængden af ​​silke, der kunne produceres. De fandt også ud af, at en simpel opskrift - kunstigt havvand, bicarbonatsalt, nitrogengas, gærekstrakt, og bestråling med nær-infrarødt lys - gør det muligt for R. sulfidophilum at vokse godt og producere silkeproteinet effektivt. Yderligere observationer bekræftede, at overfladen og de indre strukturer af fibrene produceret i bakterierne var meget lig dem, der produceres naturligt af edderkopper.

"Vores nuværende undersøgelse viser det første proof of concept for fremstilling af edderkoppesilke i fotosyntetiske bakterier. Vi arbejder nu på at masseproducere edderkoppesilke dragline-proteiner ved højere molekylvægte i vores fotosyntetiske system, Numata siger. "De fotosyntetiske mikrobielle cellefabrikker, som producerer biobaserede og bionedbrydelige materialer via en kulstofneutral bioproces, kunne hjælpe os med at nå nogle af de bæredygtige udviklingsmål (SDG'er), der er vedtaget af FN såsom mål nr. 12, Ansvarlig produktion og forbrug, og mål nr. 13, Klimaindsats. Vores resultater vil hjælpe med at levere gennemførlige løsninger til energi, vand- og fødevarekriser, problemer med fast affald, og global opvarmning. "