O pavoučím hedvábí, což je proteinové vlákno z výměšků pavouků rodu Argiope a Nephila, se jako o materiálu budoucnosti hovoří již dlouho. Zhotovení textilie z něj je však extrémně nákladné a zdlouhavé.

Vědci po celém světě se proto již nějakou dobu snaží přijít na to, jak učinit výrobu pavoučího hedvábí rentabilní. Čínští vědci na to šli přes svůj národní poklad, bource morušového..

Pavučina z výměšků pavouků druhu Nephila a Araneus sestává z několika druhů vlákenného materiálu, pro své fyzikální vlastnosti je však nejvíc ceněna tak zvaná slaňovací nit (dragline), vyměšovaná hlavní měchýřovitou žlázou pavouka.

Vlákno vyniká svojí houževnatostí, takže je srovnatelné s některými drahými syntetickými vlákny, jako je například kevlar. Na rozdíl od nich se však po použití snadno odbourá a dá se i kompostovat, při výrobě navíc nezatěžuje ovzduší škodlivými látkami, narozdíl od umělých materiálů.

Pelerína z pavoučího hedvábí

Z pavoučího hedvábí lze zhotovit textilie, jedná se však o velmi nákladnou záležitost, takže prodej výsledného výrobku je nerentabilní. Důkazem je zlatá pelerína zhotovená v roce 2009 na Madagaskaru, vystavená od roku 2012 v londýnském Victoria and Albert Museum.

Pelerína má velikost 3,4 x 1,2 metru a je šita z ručně tkaného a vyšívaného hedvábného brokátu. Příze na ni pochází z výměšků od více než jednoho milionu samiček zlatého pavouka. Na projektu pracovalo asi 80 dělníků po dobu 3 let, výrobu financovali dva britští filantropové.

Od konce 20. století se vědci snažili vyvinout postupy výroby pavoučího hedvábí, které by byly výdělečné. Téměř všechny se zakládaly na principu výroby tak zvaných rekombinantních proteinů v médiu, do které se naočkovaly geny pavouka.

V roce 1998 byl například vyroben první protein z kozího mléka. Využity byly i bakterie E-coli nebo kvasnice. Nyní přišli čínští vědci s geneticky upravenými bourci morušovými.

Národní čínský poklad opět boduje

Bourec morušový je noční motýl, jehož housenka vylučuje vlákninu použitelnou jako textilní materiál s vynikajícími vlastnostmi, kterému se říká hedvábí. Z tohoto důvodu je původně volně žijící hmyz už asi 2 000 let domestikován.

Chov je řízen profesionálně, chovatelé dodávají výrobě vlákninu ve formě kokonů (zámotků), které se zpracovávají na hedvábné nitě a další textilie. Z celkového množství hedvábí, které se pohybuje mezi 100 až 200 tisíci tunami ročně, dodává Čína, Indie a Uzbekistán 95 %.

Čínští vědci nyní v odborném žurnálu Matter publikovali studii, v níž popsali, jak se jim podařilo bource geneticky upravit, aby jeho housenky vytvářely plnohodnotné proteiny pavoučího hedvábí. Tato biotechnologie by podle nich měla vést k výrobě ekologicky šetrné alternativy syntetických vláken, jako je nylon nebo kevlar, a to ve velkém množství a levně.

V čele výzkumu stál Junpeng Mi, který působí na College of Biological Science and Medical Engineering na Donghua University v čínské Šanghaji.

Přírodní vlákno lepší než syntetické

„Hedvábí bource morušového je v současné době jediným živočišným hedvábným vláknem, které se komerčně využívá ve velkém měřítku a s dobře zavedenými technikami chovu,“ uvádí ke studii. „Využití geneticky modifikovaných bourců morušových k výrobě pavoučího hedvábného vlákna proto umožňuje levnou komercializaci ve velkém měřítku,“ dodává Junpeng Mi.

Dřívější postupy produkce pavoučího hedvábí se potýkaly s problémy, tím hlavním byla neschopnost nanést na vlákno povrchovou vrstvu glykoproteinů a lipidů, která by ho ochránila před vlhkostí a působením slunečního záření.

To se vědcům nyní podařilo vyřešit pomocí genetiky. Prostřednictvím kombinace technologie editace genů CRISPR-CAs9 a stovek tisíc mikroinjekcí do oplozených vajíček bource morušového zavedli čínští vědci geny pro protein pavoučího hedvábí do DNA bource morušového.

Díky tomu jsou jeho housenky schopné produkovat pavoučí vlákno šestkrát pevnější, než je kevlar. „Mimořádně vysoké mechanické vlastnosti vláken vyrobených v této studii jsou výborným příslibem do budoucnosti.

Tento typ vláken se dá využít například jako chirurgický šicí materiál, čímž se uspokojí celosvětová poptávka přesahující 300 milionů zákroků ročně,“ domnívají se tvůrci studie. Případně by z tohoto materiálu mohly být zhotovovány i neprůstřelné vesty či vláknové kompozity pro letectví a astronautiku.