Niemieccy naukowcy stworzyli pierwsze na świecie pająki, które potrafią wytwarzać czerwoną, fluorescencyjną nić pajęczą. W swoich pracach wykorzystali narzędzie do edycji genów CRISPR-Cas9.
Pająki produkujące fluorescencyjną nić pajęczą są dziełem naukowców z Uniwersytetu w Bayreuth w Niemczech. W swoich pracach uczeni z powodzeniem wykorzystali popularną technikę do edycji genów CRISPR-Cas9. Celem badań, które ukazały się na łamach pisma „Angewandte Chemie” (DOI: 10.1002/anie.202502068), było lepsze poznanie mechanizmów, za pomocą których pająki produkują swoje nici.
Ludzie od dawna próbowali wykorzystać nić pajęczą do różnorakich zastosowań, ale bez większego powodzenia, bo pająki nie tolerują towarzystwa, a w zamknięciu nie chcą wytwarzać nici, co uniemożliwia ich hodowlę. W swoich pracach badacze chcieli sprawdzić, czy za pomocą inżynierii genetycznej uda się im wpłynąć na wytwarzaną przez pająki nić.
Nić pajęcza
Pająki to bardzo interesujące stworzenia. Osiągnęły imponujący sukces ewolucyjny i istnieją od około 400 milionów lat. Obecnie znanych jest ponad 50 tys. gatunków pająków. Zwierzęta te w tylnej części odwłoka posiadają kądziołki przędne, wytwarzające ciekłą substancję, która po kontakcie z powietrzem zastyga, tworząc cienkie włókno zwane nicią pajęczą.
Nić pajęcza jest jednym z najbardziej fascynujących włókien w naturze. Ma bardzo dobre właściwości mechaniczne. Jest elastyczna, może rozciągać się nawet o 40 proc. bez uszczerbku. Ma też najwyższą wytrzymałość wśród naturalnych włókien. Do tego jest lekka i biodegradowalna. Została uznana za bardziej ekologiczną alternatywę dla włókien syntetycznych, które pochodzą z paliw kopalnych.
Jednak hodowla pająków do produkcji nici jest trudna. Przede wszystkim dlatego, że pająki mają tendencję do zjadania się nawzajem. To sprawia, że już samo utrzymanie hodowli nastręcza sporych problemów. Do tego pająki w hodowli wytwarzają niewielką ilość nici przędnej.
CRISPR-Cas9 i pająki
Narzędzie do edycji genów CRISPR-Cas9 zrewolucjonizowało biologię, a jego twórcy otrzymali w 2020 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Dzięki temu molekularnemu narzędziu naukowcy mogą wycinać określone miejsca w DNA i wstawiać inne sekwencje. Ze względu na swoją skuteczność, metoda CRISPR-Cas9 została wykorzystana w licznych badaniach w biologii rozwojowej i ewolucyjnej, a także w materiałoznawstwie, rolnictwie i innych dziedzinach. Ale okazuje się, że do tej pory nikt nie wykorzystał tej metody do inżynierii genetycznej pająków.
– Biorąc pod uwagę szeroki zakres możliwych zastosowań, zaskakujące jest, że do tej pory nie przeprowadzono żadnych badań z wykorzystaniem CRISPR-Cas9 na pająkach – powiedział Thomas Scheibel z Uniwersytetu w Bayreuth, współautor badania.
Naukowcy eksperymentowali z pająkami z gatunku Parasteatoda tepidariorum. Zaczęli od usunięcia genu związanego z rozwojem oczu. Opracowali specjalny roztwór zawierający składniki systemu edycji genów i wstrzyknęli go do komórek jajowych niezapłodnionych samic pająków, a gdy te kopulowały z samcami, skutkowało to genetycznie zmodyfikowanym potomstwem. Po tej modyfikacji genetycznej na świat przyszły pająki bez oczu.
W kolejnym kroku naukowcy wpłynęli na białka wchodzące w skład pajęczej nici zwane spidroinami. Przygotowana przez nich maszyneria genetyczna wstrzyknięta samicy pająka zawierała sekwencje dla wytwarzania czerwonej, fluorescencyjnej nici pajęczej. W rezultacie potomstwo pająków poddanych edycji genetycznej produkowało czerwone, fluorescencyjne nici.
– Po raz pierwszy na świecie wykazaliśmy, że metoda CRISPR-Cas9 może być użyta do włączenia pożądanej sekwencji do białek nici pajęczej, umożliwiając tym samym funkcjonalizację tych włókien. Możliwość zastosowania edycji genów do nici pajęczych jest bardzo obiecująca dla badań nad materiałami. Może być na przykład użyta do dalszego zwiększania i tak już wysokiej wytrzymałości na rozciąganie – powiedział Scheibel.
Źródło: Uniwersytet w Bayreuth. Science Alert, fot. Wikimedia Commons/ Géry PARENT/ CC BY-SA 4.0
