Ни одно искусственное волокно не может сравниться с паучьими шелковыми нитями, чрезвычайно прочными и стойкими, но при этом легкими и гибкими. Этот материал, в основе которого лежат белковые структуры, обладает огромным потенциалом для человека. Однако получить его естественным путем в пригодных для использования количествах невозможно, так как пауки, в отличие от шелкопряда, не годятся для массового производства нитей.
В 2018 году команде Фучжун Чжана удалось получить рекомбинантный паучий шелк. Но пока это не привело к появлению на рынке продуктов из этого материала. Причина - недостаточный выход вещества, что связано с ограниченной способностью бактерий создавать протеины с очень длинными цепями, объясняет ведущий автор исследования:
Превосходные механические качества натурального паучьего шелка основаны на особо длинных и повторяющихся белковых последовательностях. Заставить бактерии производить большое количество таких протеинов оказалось крайне сложно.
Тогда ученые вынудили их выпускать более короткие белки шелка, которые затем соединяли в цепочку клейкими веществами. В природе эту субстанцию выделяют мидии, чтобы прикрепляться к объектам. Команда Чжана генетическим путем создала бактерии для производства этих клеящих белков, пригодных для биомедицинского применения.
Однако в ходе работы выяснилось, что протеины ноги мидии тоже обладают сильной связующей способностью. Поэтому исследователи объединили их с белками паучьего шелка. В результате микробное производство паучьего шелка показало производительность в восемь раз выше, чем все предыдущие рекомбинантные варианты. При этом из 1 л бактериальной культуры можно получить 8 г исходного материала для производства новых волокон паучьего шелка.
Исследования и испытания показали, что по продуктивности они явно превосходят более ранние версии. По мнению команды, этот прорыв в изготовлении синтетического паучьего шелка может проложить новый путь к производству прочной одежды:
Поскольку наш шелк производится из простого сырья с помощью бактерий, он может стать возобновляемой и биоразлагаемой заменой материалам из волокон нефтяного происхождения, таким как нейлон и полиэстер.
