وقتی باکتری‌ها به کارخانه تولید تار عنکبوت تبدیل می‌شوند!

به گزارش ایسنا و به نقل از ادونسد سایت نیوز، ابریشم‌کاران برای قرن‌ها پادشاهی می‌کردند زیرا از کرم‌های ابریشم می‌شدند، حسادت جهان باستان را برمی‌انگیختند. در دوران جدید، تار عنکبوت به دلیل ویژگی‌های شگفت‌انگیزش، به ماده‌ای برای حسادت تبدیل می‌شود، زیرا یک ترکیب قابل توجه از قدرت و قابل قبول است.

«فی سان» (Fei Sun) پژوهشگر «دانشگاه علم و فناوری هنگ کنگ» (HKUST) گفت: متأسفانه، تکرار تولید تار عنکبوت در بزرگی که شبیه به مزارع تاریخی کرم ابریشم است، به این زودی‌ها محقق نمی‌شود. من فکر نمی‌کنم تولید انبوه تار عنکبوت، واقع‌بینانه باشد و باور کنم که هنوز یک موضوع بزرگ است.

به گفته سان، پرورش عنکبوت در مزارع به دلیل ماهیت تهاجمی و هم‌نوع‌خواری عنکبوت‌ها غیرممکن است. با وجود این، پیشرفت‌های صورت‌گرفته در زیست‌شناسی مصنوعی به پژوهشگرانی مانند سان امکان می‌دهند تار عنکبوت را برای مصارف زیست‌پزشکی که نیاز به تولید در بزرگ‌ترین، تطبیق‌دهنده دارند.

سان و همکارانش روش رشد را برای تولید محصولات تار عنکبوت درآورده‌ها. پیشنهادی آنها نه تنها کارآمد است، بلکه به آنها امکان می‌دهند تا نخ‌ها را به مولکول‌های مختلف می‌دهند که ویژگی‌های طبیعی تار عنکبوت را تقویت کند یا حتی با بافت‌های زنده در مکان می‌گیرد.

شبکه های از روش های جدید

این گروه پژوهشی برای ایجاد «تار عنکبوت قابل تنظیم»، دو فناوری ژنتیکی و شیمیایی را با هم ترکیب کردند. مورد یک روش زیست‌شناسی اولین موسوم مصنوعی به «DNA نوترکیب» (Recombinant DNA) است که به پژوهشگران امکان می‌دهد تا ژن‌های ویژه را جداسازی و اصلاح کنند و حتی آنها را با ژنوم یک گونه دیگر ترکیب کنند.

سان با این روش ژن‌های تار عنکبوت را به باکتری «اشریشیا کلی» منتقل می‌کند و سلول‌های گیاه را به کارخانه‌های تولیدکننده تار عنکبوت تبدیل می‌کند.

در مرحله بعد، گروه روش نسبتا در زمینه شیمی مصنوعی به نام «شیمی کلیک»(click chemistry) استفاده کردند. شیمی کلیک به طور خلاصه، روشی برای اتصال مولکول‌های است که به چیدن قطعات لگو شباهت دارد.

این گروه پژوهشی از روش شیمی برای افزودن یک برچسب ژنتیکی به ارائه دهنده تار عنکبوت استفاده کرد که به عنوان نقطه اتصال برای سایر مولکول های مورد نظر عمل می کند. این کار، تار عنکبوت معمولی را به یک تبدیل می‌کند که می‌توان آن را با انواع مولکول‌های سودمند پوشاند.

رشته های کاربردی

پژوهشگران در دو آزمایش متفاوت قدرت این فناوری جدید را نشان می دهند. ابتدایی رشته‌های تار عنکبوت را با آنزیمی به نام «سیلیکاتین» پوشاندند. این آنزیم توسط اسفنج‌های دریایی برای تبدیل اسید سیلیسیک به سیلیس استفاده می‌شود و ساختاری شیشه‌ای است که اسفنج‌ها آن را در بدن خود می‌سازند.

در نتیجه این کار، تولید یک هیبرید آلی-معدنی از محصولات تار عنکبوت بود که در پوششی از سیلیس شیشه‌ها قرار داشت. این کار نه تنها ثابت کرد که پژوهشگران می‌پذیرند تار عنکبوت را اصلاح کنند، بلکه به گفته‌ی سان، ممکن است این را به فیبر نوری تبدیل کنند.

پژوهشگران برای نشان دادن پتانسیل‌های تار عنکبوت در مصارف زیست‌پزشکی، پرورش‌دهنده‌های تار عنکبوت را با مولکول‌هایی به نام «لیگان‌های متصل به سلول» پوشش می‌دهند. این مولکول‌ها همان‌طور که از آنها پیداست، به سطح سلول‌ها مرتبط می‌شوند و می‌توان از آنها برای متفاوتی در بدن مانند بهبود زخم و رشد بافت استفاده کرد.

شوراهای تار عنکبوت که با یکی از دو لیگاند پوشش داده شده بودند، به عنوان بستری برای کشت سلولی مورد استفاده قرار گرفتند. تارهای پوشش‌داده‌شده با لیگاند پس از ۱۰ روز، با سلول‌های بیشتر نسبت به تارهای بدون پوشش رشد کردند. سلول‌های روی ابریشم‌های پوشش‌داده‌شده با لیگاند، به شکل بلندتری رشد کردند. این به نحوه رشد و عملکرد سلول‌های واقعی در بافت‌هایی مانند سیستم‌های بدنی بود که نشان می‌دهد این توانایی‌ها را می‌توان برای بهبود بهبود یا رشد بافت‌ها به کار برد.

قابلیت های بیپایان

به گفته سان، این یک اثبات امیدوارکننده برای مفهوم مورد نظر است. شوراهای تار عنکبوت به دلیل قدرت، اندازه کوچک و مقاومت در برابر شکست توسط آنزیم‌ها و پرورش‌های بدن، گزینه مطلوبی هستند. علاوه بر این، پژوهشگران ادعا کرده‌اند که تارهای عنکبوت، سیستم ایمنی را نمی‌توانند انجام دهند.

سان معتقد است که اکنون با داشتن روشی برای تولید بهینه‌های عنکبوت و تبدیل آنها به تنظیم‌های قابل تنظیم، کاربردهای بالقوه تنها محدود به انواع مولکول‌هایی است که می‌توانند به تارها متصل شوند. سان گفت: موفق، هوش مصنوعی پیشرفته نیز برای این کار در دسترس است.

برنامه‌های مصنوعی مصنوعی مانند «آلفافولد» (AlphaFold) که نحوه تبدیل شدن، عملکرد و اتصال مولکول‌ها و پرورش‌دهنده‌ها را پیش‌بینی می‌کنند، می‌توانند عملکرد عملکرد تار عنکبوت و بهترین نحوه قرار دادن آن را نشان دهند. بدین ترتیب، پژوهشگران به جای حدس زدن و انجام آزمایش‌ها برای این که ببینند آیا این روش کارآیی دارد یا خیر، می‌تواند در نتیجه فکر کند و ببیند کدام یک از محصولات ممکن است برای هر سناریو کارآیی داشته باشند.

سان و همکارانش اکنون در حال بررسی کاربردهای ویژگی‌های عملکردی تار عنکبوت هستند. مانند یک پلتفرم برای رشد مجدد نورونها یا رشد ارگانوئیدها. به نظر سان، این پیشرفت‌ها به خاطر نگاه کردن به طبیعت برای الهام گرفتن و یافتن راه حل است. وی افزود: محققان می‌خواهند از سیستم‌های بیولوژیکی برای تولید مواد استفاده کنند که با کار اجداد ما یا حتی فراتر از کاری که آنها را برای ۱۰۰۰ سال می‌دادند مقایسه کنند.

این پژوهش در مجله «Advanced Functional Materials» به چاپ رسید.

انتهای پیام