Znajdź zawartość

Specjaliści z University of Notre Dame, University of Wyoming i Kraig Biocraft Laboratories wyhodowali transgeniczne jedwabniki (Bombyx mori), które przędą pajęczą nić. To badanie stanowi znaczący przełom w opracowywaniu lepszych włókien jedwabnych do zastosowań medycznych i niemedycznych – podkreśla Malcolm J. Fraser Junior. Naturalne nici pajęcze mają szereg niezwykłych właściwości fizycznych, np. o wiele większą wytrzymałość na rozciąganie i elastyczność niż nici jedwabników. Przędzione przez zmodyfikowane genetycznie gąsienice sztuczne nici pajęcze są zaś bardzo podobne do oryginału. Jedwabne włókna można wykorzystać w wielu dziedzinach, głównie w medycynie, m.in. jako delikatny materiał na szwy, w przyspieszających gojenie bandażach albo w roli rusztowania podczas odtwarzania ścięgien i wiązadeł. Nici pajęcze znacznie rozszerzyłyby zakres zastosowań. Warto tu wspomnieć choćby o ulepszonych poduszkach samochodowych, nowej generacji ubrań dla sportowców czy kamizelkach kuloodpornych. Przed wyhodowaniem transgenicznych jedwabników w laboratoriach uzyskiwano jednak tylko niewielką ilość pajęczych nici. Jak łatwo się domyślić, były one drogie i nie dało się ich pozyskiwać w celach komercyjnych. Przedstawiciele firmy Kraig Biocraft uważali, że przy podejściu biotechnologicznym można by uzyskać włókna o znacznie szerszym wachlarzu właściwości, co więcej, dzięki wcześniejszemu "programowaniu" uzyskiwano by materiał idealny do wykonania konkretnego zadania, np. do aplikacji medycznych. Laboratoria nawiązały więc współpracę z Fraserem, który opatentował narzędzie genetyczne o nazwie piggyBac. Jest to rodzaj transpozonu, czyli sekwencji DNA przemieszczającej się na inną pozycję w genomie komórki dzięki procesowi zwanemu transpozycją. Fraser, biochemik Randy Lewis i genetyk molekularny Don Jarvis, który specjalizuje się w wytwarzaniu białek przez owady, zmodyfikowali genetycznie jedwabniki morwowe, włączając w ich genom fragmenty DNA pobrane od pająków. Gdy zwierzęta zaczynają prząść swój kokon, składa się on ze specyficznej mieszaniny nici typowych dla B. mori i pająków. Nowa nić jest znacznie elastyczniejsza i wytrzymalsza od zwykłego oprzędu, zbliżając się pod tym względem do pajęczego oryginału. Zrobiliśmy też duży krok naprzód w inżynierii genetycznej tych zwierząt, dlatego pozyskanie dodatkowych zmodyfikowanych osobników jest łatwiejsze. To pozwoli nam szybciej ocenić skuteczność manipulacji genetycznych w kontynuowanym procesie produkcji wyspecjalizowanych włókien jedwabnych – podkreśla Fraser. http://www.youtube.com/watch?v=WUFxdPVfG38

Larwy pszczół wytwarzają jedwabny oprzęd, by wzmocnić woskowe ścianki lokum, w którym dochodzi do przepoczwarzenia. Naukowcy z australijskiego CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) uzyskali tę nić sztucznie, modyfikując genetycznie bakterie Escherichia coli. Badacze ręcznie wyciągali doskonałej jakości nić z "zupy" białek jedwabiu. Nie ustępowała ona wytrzymałością nici pozyskiwanej z gruczołu przędnego. By wytworzyć białka jedwabiu, posłużyliśmy się zrekombinowanymi komórkami E. coli, które we właściwych warunkach same organizowały się w sposób przypominający budowę gruczołu przędnego pszczół. Wiedzieliśmy wcześniej, że włókna można ręcznie wyciągać z zawartości owadzich gruczołów, dlatego wykorzystaliśmy tę informację, aby ręcznie wyciągnąć włókna z dostatecznie skoncentrowanej i lepkiej mikstury zrekombinowanych białek jedwabnych. Chcąc uzyskać półprzezroczystą stabilną nić, w rzeczywistości musieliśmy powtórzyć tę czynność dwukrotnie. Jak tłumaczy dr Sutherland, przedtem wielokrotnie próbowano doprowadzić do ekspresji jedwabi bezkręgowców w systemach transgenicznych, ale skomplikowany układ genów jedwabiu w branych wtedy pod uwagę organizmach oznaczał, że wytwarzanie nici poza gruczołami przędnymi było wyjątkowo trudne. Uprzednio zidentyfikowaliśmy cztery niewielkie, niepowtarzalne geny jedwabne pszczoły. To dużo prostszy układ, który sprawiał, że owad ten był doskonałym kandydatem do produkcji transgenicznego jedwabiu. Zdobytą z takim wysiłkiem nić można wykorzystać w lekkich, ale i wytrzymałych tkaninach lub zaawansowanych kompozytach używanych w lotnictwie i marynarce. Z pewnością znajdzie ona również zastosowanie w medycynie, a konkretnie w szwach, ścięgnach czy wiązadłach nowej generacji.

Nie ma chyba człowieka, który nie zachwycałby się pięknem kolorowego jedwabiu. Jego farbowanie jest jednak uciążliwe. Japońscy naukowcy wyhodowali więc zmodyfikowane genetycznie jedwabniki, wytwarzające nici określonej barwy. Takashi Sakudoh z Uniwersytetu Tokijskiego podkreśla, że najważniejsze było zrozumienie układu transportu pigmentu u jedwabników. To stanowiło podstawę dla genetycznej manipulacji kolorem oraz zawartością pigmentu. W naturze kokony jedwabników morwowych mają tylko kilka barw. Są białe, żółte, słomkowe, łososiowe, różowe lub zielone. Pigment jest przez owady absorbowany podczas żerowania na liściach morwy. Japończycy zauważyli, że u jedwabników wytwarzających biały oprzęd występuje zmutowany gen Y (gen "żółtej krwi"). Zaobserwowano delecję fragmentu DNA. Zwierzęta potrzebują genu Y do ekstrahowania z liści morwy karotenoidów, czyli żółto-pomarańczowych barwników. Zmutowane owady wytwarzały niefunkcjonalną formę białka wiążącego karotenoidy (białka CBP od ang. carotenoid-binding protein). Posługując się technikami z zakresu inżynierii genetycznej, badacze zastępowali zepsuty gen Y jego prawidłową wersją. Dysponując sprawnym białkiem CBP, jedwabniki mogły uprząść żółtą nić, a jej kolor stawał się wyraźniejszy wskutek kilkakrotnego krzyżowania. Kokony mogą mieć także kolor cielisty (żółtaworóżowy), a nawet czerwonawy — twierdzą autorzy studium w artykule opublikowanym na łamach pisma Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States.