科学者たちは初めて、遺伝子組み換えカイコを使って全長のクモ糸繊維を生産することに成功した。シルクの高い強度と靭性は、拡張性があり、持続可能で、ナイロンなどの既存の合成繊維に代わる優れた代替品となることが期待されています。筆頭著者で中国の東華大学生物科学医工学院研究員ミ・ジュンペン氏は、「現在、大規模に商業化されている動物性絹繊維は蚕糸だけであり、繁殖技術も完璧である。したがって、遺伝子組み換えカイコを使ってクモ糸繊維を生産することで、低コストで大規模な商業化が実現できる」と述べた。
蚕が繭を紡ぐために使用する繊維は数千年にわたって栽培されてきましたが、この繊維は豊富であるにもかかわらず、脆いという評判があります。一方、クモはうらやむほど丈夫な糸を生産しますが、それを大規模に栽培することは常に手の届かないところにありました。研究者らは、「クモの肉食性により、クモ同士が共存することは不可能である。さもなければ、ほぼすべての個体が死ぬまで戦うことになる」と指摘した。
この最新の研究は両方の長所を提供し、このとらえどころのない天然素材を持続的に生産する方法を変えます。科学者たちは10年以上にわたり、この生体工学の「レシピ」を完成させるために努力してきました。
独特のクモの感覚を備えたカイコを操作するために、Mi らは東アジアの周回クモ Araneus ventricosus の小さな絹タンパク質に焦点を当てました。 CRISPR-Cas9 テクノロジーを使用して、MiSp タンパク質がカイコの DNA に挿入され、カイコの主要なシルクタンパク質をコードする遺伝子が置き換えられました。
科学者らはまた、「ターゲティング」を達成し、カイコの天然シルク生産の他の側面を妨げることなく、カイコのDNA内の遺伝子を活性化することに成功した。
「この論文で提案された『位置決め』の概念と提案された最小構造モデルは、これまでの研究からの大きな進歩です」とMi氏は述べた。 「私たちは大規模な商業化が目前に迫っていると信じています。」
得られた繊維は研究者の予想を上回り、高い引張強度 (1,299 MPa) と靭性 (319 MJ/m3) を示しました。それだけでなく、ファイバーは予想よりもはるかに柔軟でした。 MiSp タンパク質は、丈夫だが伸縮性のないシルクを生成することで知られています。
「クモの糸は開発が急務な戦略的資源です。今回の研究で製造された繊維は非常に高い機械的特性を持っており、この分野で大きな可能性を秘めています。この繊維は外科用縫合糸として使用でき、世界中で毎年3億件以上の手術のニーズを満たすことができます。」
新しい繊維には、軍事、航空宇宙技術、生物医学工学、衣料品向けのスマート材料など、幅広い商業的可能性があります。得られたシルクは、防弾チョッキに使用されるケブラーよりも 6 倍強力です。
研究者らは現在、天然アミノ酸と人工アミノ酸を使用してクモ糸繊維を生産する遺伝子組み換えカイコの開発を計画している。 Mi氏は、「100を超える人工アミノ酸の導入により、人工クモ糸繊維に無限の可能性がもたらされた」と述べた。
この研究は雑誌「Matter」に掲載されました。