Tajemnice pajęczej nici

Z pozoru delikatna i zwiewna, w rzeczywistości dużo mocniejsza niż mogłoby się wydawać. Od czasów starożytnych fascynuje i inspiruje człowieka. Przypisywano jej właściwości lecznicze i mistyczne. Wykorzystywano jako płótno malarskie, a popularny jedwab to nic innego jak, bardzo podobna do pajęczej, nić przędna pajęczaka motyla zwanego jedwabnikiem. W ostatnich latach zaś, pajęczynom coraz pilniej przyglądają się specjaliści od inżynierii materiałowej, którzy mają nadzieję zaczerpnąć z nich inspirację do stworzenia nowych, wytrzymalszych materiałów.

W marcowym wydaniu MaterialsToday.com możemy przeczytać (za darmo, bo pismo jest z otwartym dostępem) artykuł Lukasa Eisoldta, Andrew Smitha i Thomasa Scheibela z uniwersytetu w Bayreuth w Niemczech. Opisują w nim siedem różnych rodzajów nici produkowanej przez pająki. Jak się bowiem okazuje, inna nić produkowana jest na potrzeby konstrukcji „szkieletu” pajęczyny, inna aby pajęczynę zamocować do podłoża, a jeszcze inna do owijania ofiar w kokony. (ilustracja)

Za produkcję każdego rodzaju pajęczyny odpowiedzialny jest inny zestaw gruczołów w odwłoku pająka.

Głównym składnikiem pajęczej nici są białka. Każda białkowa cząsteczka zbudowana jest z dwóch „zakończeń”, dzięki którym mogą się one łączyć w długie i wytrzymałe łańcuchy. Z kolei sekwencja aminokwasów pomiędzy zakończeniami odpowiedzialna jest za fizyczne właściwości nici. (ilustracja)

Badacze zwracają jednak uwagę, że sam skład chemiczny nie wystarczy, aby wytłumaczyć wyjątkowe właściwości nici przędnej. Nie mniej ważny jest sam proces formowania nici w kanale przędnym. To tam właśnie zachodzi wielostopniowy proces, w którym zawiesina białek w wodzie poddawana jest działaniu elektrolitów i stopniowemu odsączaniu wody. Warto zauważyć, że proces ten jest na tyle wydajny, że nic może być wytwarzana w prędkością rzędu 1m/s. (ilustracja)

Na koniec autorzy pracy spróbowali odpowiedzieć na pytanie, czy możliwa byłaby syntetyczna produkcja nici pajęczej. W przeciwieństwie bowiem do jedwabników, których larwy dają się łatwo wykorzystywać do produkcji jedwabiu, pająki w sztucznych hodowlach mają tendencję do kanibalizmu.

Zaproponowana przez badaczy metoda, to wykorzystane inżynierii genetycznej. Geny odpowiedzialne za produkcję białek budujących pajęczą nić, zostałyby przeniesione do bakterii E.coli. Co więcej, dzięki poznaniu wpływu poszczególnych aminokwasów na ostateczne właściwości nici, powinno być możliwe takie zmodyfikowanie materiału genetycznego, aby uzyskane białka pozwalały na utkanie nici o precyzyjnie dobranych parametrach.

Należałoby przy tym zadać sobie pytanie:

Po co nam przemysłowa produkcja pajęczej nici?

Zastosowania wskazane przez autorów pracy to przede wszystkim różnego rodzaju opatrunki. Wykonane z neutralnego dla organizmu białka, powinny mieć dużo lepsze właściwości niż opatrunki syntetyczne. Jako inne zastosowanie wymieniono także produkcję mikrokapsułek, w których można by zamykać substancje czynne leków. Nie zapominajmy też, że nić pajęcza, w stosunku do swojego ciężaru, jest dużo wytrzymalsza od stali i parametrami dorównuje Kevlarowi, materiałowi z którego wykonuje się np.. kamizelki kuloodporne.