Главная arrow Новости arrow Технологии arrow Биологическая сталь

Биологическая сталь

07.02.2008 г.
Ученые научились синтезировать паучий шелк, который в пять раз прочнее стали.

Группа японских ученых под руководством профессора Токийского университета Синсу Масао Нагакаки открыла способ получения из паутины особого волокна, из которого можно изготовить ткани, пригодные как для пошива легкой верхней одежды, так и для создания сверхпрочного бронежилета.

Исследователи встроили гены, ответственные за производство паутины в организме паука, в хромосому тутового шелкопряда. После этой манипуляции шелкопряды стали вырабатывать волокно, объединяющее в себе свойства шелка и паутины. На первый взгляд материал ничем не отличается от натурально шелка, однако он намного прочнее и долговечнее. В принципе по своему аминокислотному составу паутина близка к шелку. А вот структура у этих материалов различная, чем и объясняются неповторимые свойства паутины.

«По своим характеристикам паутина является уникальным материалом, — рассказал РБК daily доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор ГосНИИгенетика Владимир Дебабов. — Она в пять раз прочнее и в семь раз легче стали. Паутину можно растянуть на 15%, и она снова примет исходную форму. Такими свойствами не может похвастаться ни один искусственный полимер».

Испытания механических свойств паутины с помощью специального аппарата Instron, задающего темп деформации и измеряющего нагрузку, показали, что она имеет высокую растяжимость и выдерживает нагрузки до 450 МПа, как и стеклопластик. Эти феноменальные свойства паутины объясняются ее повышенной молекулярной подвижностью из-за входящих в ее состав молекул воды, доля которых составляет 60—70% волокна. Без водной составляющей она стала бы хрупкой и ломкой. Паутина не разрывается при ударе с энергией до 10 ГДж/м³ (энергия пули), что делает ее самым крепким материалом из известных человечеству. Например, если создать паутинную нить диаметром 0,7—0,8 мм, то сетка из таких канатиков сможет остановить летящий самолет.

Однако в естественных условиях получить нить такой толщины невозможно. Эти насекомые в отличие от шелкопрядов не могут «работать в коллективе» (недаром существует выражение «пауки в банке»), и если два паука окажутся на одной территории, они просто съедят друг друга. А в искусственных условиях создать аналог паутины еще сложнее. Дело в том, что паутина состоит из двух белков, обладающих очень крупными размерами (для сравнения: белок паутины больше молекулы белка человеческого организма в семь раз), поэтому получить его с помощью генной инженерии непросто. Но ученые все-таки смогли с помощью генной модификации создать аналог паутины.

Сотрудники канадской компании Nexia Biotechnologies выяснили, что секреторные железы пауков, вырабатывающие белки паутины, сходны по своему строению с секреторными железами коз. После чего исследователи внедрили в ДНК козы ген паука-кругопряда, отвечающий за кодирование белков паутины. Через некоторое время в молоке козы стали появляться белки паутины. Созданный из синтезированных белков материал, названный учеными «биосталь», взят на заметку Пентагоном. «Стальная» паутина будет использоваться в военной промышленности для модификации танков и бронежилетов. «Действительно, пять лет назад в Квебеке смогли получить белок паутины из модифицированного козьего молока. Однако этот концентрат выделяется в очень малых количествах и стоит примерно 1000 долл. за грамм», — добавляет Владимир Дебабов.

Российские же ученые работают над созданием шелка паутины, используя микроорганизмы — дрожжи. «Исследователи из ГосНИИгенетика изолировали гены паука и ввели их в клетки особых дрожжей, растущих на метаноле. И в этих клетках происходит процесс синтеза белков паутины, из которых в последствии создается нить», — пояснил РБК daily доктор биологических наук, заместитель директора ГосНИИгенетика Александр Яненко.

Но получить белок паутины — это только полдела. Оказывается, свойства этого материала зависят не только от особенной природы паутины, но и от способа плетения нитей. Китайские ученые выяснили, что если из шелкопряда вытягивать нить, создавая сильное натяжение, то полученное волокно будет в два раза прочнее обычного. Паук же плетет свои сети совершенно особым способом, и пока никто не может повторить это искусство.

«Любые искусственные аналоги паутины, существующие на сегодняшний день, уступают природному эталону», — резюмирует Владимир Дебабов. Несмотря на это, ученые не отчаиваются и предпринимают постоянные попытки создать «идеальную» паутину. Так, международная группа исследователей из Еврейского университета в Иерусалиме, специалистов Мюнхенского университета и Оксфорда вслед за канадцами использовала методы генной инженерии для создания волокон паутины, почти идентичных натуральным. Ученые выделили гены садового паука, кодирующие белки канатного шелка. Сформированные из этих белков волокна оказались в шесть раз прочнее нейлона и не уступают ему в эластичности. Возможность создания искусственной паутины в промышленных масштабах откроет для ученых новые возможности. Использование прочнейших и тончайших волокон позволит создать сверхлегкие бронежилеты, микропроводники, страховочные канаты, оптические волокна и даже «паутинную» зубную нить, идею которой уже запатентовали в Израиле. Но приоритетным направлением применения паутины станет, конечно, медицина.

«Паутину можно трансплантировать в места переломов или других серьезных повреждений и использовать как каркас, на который будет наращиваться новая ткань, — пояснил Александр Яненко. — Так как ткань паутины совместима с тканями человеческого организма, она не будет вызывать отторжение». А высокая экологичность этого биоматериала, который легко разлагается микроорганизмами, делает проекты по созданию паутины в промышленных масштабах одними из наиболее перспективных направлений современной биоинженерии.

rbcdaily.ru
 

Выгодные курсы валют 24/09

покупка продажа
USD 2,0810 2,0870
EUR 2,4480 2,4550
100 RUB 3,1450 3,1430
EUR/USD 1,1760 1,1800
все курсы

Курсы валют НБ РБ

24/09 25/09
1 USD 2,0788 2,0820 +0,0032
1 EUR 2,4500 2,4488 -0,0012
100 RUB 3,1389 3,1507 +0,0118
все курсы валют