Transgenní bourovci vytvářejí pavoučí vlákno

V polovině září fascinoval celý svět podivuhodný madagaskarský křižák Caerostris darwini z národního parku Andasibe-Mantadia, který si spřádá obrovské a zároveň nesmírně pevné sítě. Jeho specialitou je na pavoučí poměry netradiční lov živočichů létajících těsně nad rozlehlou vodní hladinou. Vyrábí si k tomu neuvěřitelné sítě pokrývající plochu skoro 3 čtverečních metrů , jejichž nosná vlákna dosahují rozpětí až 25 metrů. Zatím zůstává záhadou, jak takovou síť vlastně dokážou postavit přes vodu. Odborníci každopádně zjistili, že tito křižáci používají vůbec nejpevnější z dosud známých přírodních materiálů, desetkrát pevnější, než podobně velký výrobek ze slavného syntetického para-aramidu Kevlaru.

Křižák ze zastrčeného koutu Madagaskaru nám zase jednou připomněl, že i bez přehnaného ochranářského patosu je přírodní svět prakticky nekonečným zřídlem inspirace pro lidské technologie. Asi by bylo unáhlené tvrdit, že bychom takový materiál nikdy nevymysleli sami, pavouci nám ale každopádně ušetřili spoustu času a peněz, kterých nikdy nebude nazbyt. Zároveň tento objev opět nasměroval pozornost k velmi zajímavým vlastnostem pavoučího hedvábí. Pavoučí vlákna se totiž ukazují jako velmi slibný materiál budoucnosti pro rozličné aplikace v biomedicíně i v jiných typech technologií. Lze z nich vyrábět například nitě pro chirurgii, obvazy, podpůrné konstrukce umělých šlach či vazů, lehké neprůstřelné vesty, oděvy pro sportovce, vylepšené airbagy nebo podivuhodně lehké a zároveň pevné stavební materiály.

Problém je v tom, že až doposud bylo možné získat jen velice omezené množství pavoučích vláken. Pavouci jako převážně samotářští predátoři nejsou zrovna ideálním mazlíčkem pro průmyslové velkochovy a výroba umělého pavoučího hedvábí zatím nijak zvlášť neprosperovala. V této nepříliš lichotivé situaci jistě všichni přivítají průlom, který nedávno na tiskové konferenci ohlásil tým badatelů z University of Notre Dame, University of Wyoming a společnosti Kraig Biocraft Laboratories, Inc. Podařilo se jim vytvořit geneticky modifikované bource morušové, kteří namísto svého hedvábí vyrábějí vlákna s vlastnostmi pavoučího hedvábí. Podle šéfa týmu Malcolma J. Frasera Jr. z Notre Dame jde o zásadní zvrat ve vývoji technologií hedvábných vláken pro biomedicínské i zcela nemedicínské použití, které jsou mezi klíčovými cíly soudobé materiálové vědy. Použití rekombinantní DNA jako stavebnice v pracovitých bourcích slibuje produkci širokého spektra umělého hedvábí, optimalizovaného vždy pro konkrétní použití.

Přírodní pavoučí vlákna mají celou řadu neobvyklých fyzikálních a mechanických vlastností, jimiž se liší od klasického hedvábí bourců morušových. Proto je jistě potěšující, že umělé pavoučí hedvábí vyráběné geneticky modifikovanými bourci se svými vlastnostmi poměrně blíží přírodním pavoučím vláknům. Společnost Kraig Biocraft, která hodlá nový materiál komerčně vyrábět, se domluvila s Fraserem jako s objevitelem a držitelem patentu na velmi šikovný nástroj genetických inženýrů, transpozon „piggyBac" ze známé super rodiny DNA transpozonů Tc1/mariner. Právě s jeho pomocí vědci úspěšně upravili DNA bourců morušových tak, že do něj vložili segmenty DNA pavouků a piggyBac je poté vlepil na požadované místo v genomu bourců.

Genetickým mágům jsou domestikovaní bourci, čili vlastně motýli z čeledi bourcovitých důvěrně známí. International Silkworm Genome Consortium už v roce 2008 publikovalo celý jejich genom o velikosti cca 432 Mb. Housenky bourců morušových při kuklení spřádají ze slinných žláz hedvábí, vlákna složená především z proteinů sericinu a fibroinu, která obsahují nápadně hodně molekul relativně malé aminokyseliny glycinu. Fibroin, který je prakticky celý ze struktur beta skládaných listů, vytváří kostru hedvábných vláken a sericin je lepivý tmel, který vyplňuje a obaluje konstrukci fibroinu. Jeden kokon, čili vnější ochranný obal jejich kukly, představuje téměř kilometr hedvábných vláken o tloušťce 10 mikrometrů. Jinak vcelku nenápadné housenky bourců morušových jsou vlastně výkonnými bioreaktory na hedvábí, které pohání listy morušovníku bílého (Morus alba), ale i jiných morušovníků a i dalších příbuzných druhů čeledi morušovitých (Moraceae). Podle Wikipedie bourci morušoví ve světě každoročně vyrobí přibližně 30 tisíc tun surového hedvábí a spotřebují na to 5 miliónů tun listí morušovníků. Kdyby někdo z celé roční produkce hedvábí vytvořil jediné vlákno, mohl by jej natáhnout celkem 300krát mezi Zemí a Sluncem.

Vše nasvědčuje tomu, že by právě geneticky modifikovaní bourci mohli být komerčně úspěšnou platformou pro výrobu dostatečného množství umělého hedvábí s vlastnostmi pavoučích vláken. Když vše půjde dobře, tak se nejspíš brzy dočkáme celé řady „pavoučích" produktů, které se stanou běžnou součástí řešení všedních problémů naší civilizace.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka PhD., PřF JU, České Budějovice

_______________________________________________________________________________

Použité zdroje:

(orig.) University of Notre Dame News 29.9. 2010.

Wikipedia (Darwin's bark spider, Bombyx mori)

Video od University of Notre Dame: http://www.youtube.com/watch?v=WUFxdPVfG38

Obrázky:

Síť madagaskarského křižáka Caerostris darwini: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/Caerostris_darwini_web.png

Morušovník bílý: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Morusalbaleavessummer3800ppx.jpg

Pilné housenky bource: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Silkworms3000px.jpg/800px-Silkworms3000px.jpg

Kukly bource morušového: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/Kukly_bource_moru%C5%A1ov%C3%A9ho.JPG/800px-Kukly_bource_moru%C5%A1ov%C3%A9ho.JPG