Chinesische Wissenschaftler haben aus genetisch veränderten Seidenraupen die erste vollständige Spinnenseidenfaser synthetisiert, die stärker ist als „die meisten natürlichen und synthetischen Fasern“ wie beispielsweise Kevlar.
Spinnenseide, die von genetisch veränderten Seidenraupen produziert wird. Foto: Mi Junpeng
In einer am 20. September in der Fachzeitschrift Matter veröffentlichten Studie erklärten Wissenschaftler der Donghua-Universität in Shanghai, dass Spinnenseide sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch eine außergewöhnliche Zähigkeit aufweist. Spinnenseide ist sechsmal elastischer als Kevlar und hat eine höhere Zugfestigkeit (Fähigkeit, beim Dehnen Spannung standzuhalten) als Nylon. Mi Junpeng, der Hauptautor der Studie, sagte, die neue Faser habe viele Anwendungsmöglichkeiten, etwa in chirurgischen Nähten, kugelsicherer Kleidung, intelligenten Materialien und der Luft- und Raumfahrttechnik.
Das Team verwendete das Gen-Editing-Tool CRISPR-Cas9, um Seidenraupeneier durch Hinzufügen eines Spinnenseidenprotein-Gens genetisch zu verändern. Diese Einstellung führt dazu, dass die Augen des Seidenspinners unter einem Fluoreszenzmikroskop leuchten. Damit die gentechnisch veränderten Seidenraupen Spinnenproteine produzieren, müssen Forscher zunächst die Struktur der Seide besser verstehen. Sie verwendeten ein Seidenstrukturmodell, das experimentell erfolgreich getestet wurde.
Eine der größten Herausforderungen bestand laut Mi darin, herauszufinden, wie man die Spinnenproteine „lokalisieren“ kann, damit sie mit den Seidenraupenproteinen interagieren können. Durch die Modellierung können sie besser verstehen, welche Optimierungen vorgenommen werden müssen, um eine effiziente Integration zu gewährleisten. Darüber hinaus sagte Mi, dass auch das Sammeln erfolgreich transformierter Seidenraupen eine Herausforderung sei, da bis zu 100 Eier nötig seien, um einige transgene Seidenraupen zu erhalten. Auch Seidenraupen benötigen regelmäßige Pflege, da sie „mehrmals am Tag fressen“.
Spinnenseide ist sowohl umweltfreundlich als auch stärker und belastbarer als synthetische Fasern wie Nylon und Kevlar, deren Herstellung viel Energie erfordert und die Umwelt belastet. Spinnenseide ist außerdem stärker und weniger brüchig als die von Seidenraupen produzierte Naturseide. Allerdings ist die Produktion von Spinnenseide im großen Maßstab schwierig, da Spinnen Kannibalen sind und nicht in großen Gruppen zusammengehalten werden können.
Künstliche Spinnenseide ist nicht ideal, da selbst die fortschrittlichsten Produktionsmethoden die natürliche Struktur nicht vollständig nachahmen können, weil die Forscher den Mechanismus des Seidenspinnens nicht vollständig verstehen. Seide verfügt zudem über eine natürliche Schutzkutikula, die sich nicht künstlich simulieren lässt. Auch die Drüsen von Seidenraupen und Spinnen weisen ähnliche Eigenschaften auf, sodass die mit der Methode des Forschungsteams hergestellte Seide ihre strukturellen und schützenden Eigenschaften behält.
In Zukunft werden Mi und seine Kollegen synthetische Aminosäuren verwenden, um die Seide zu modifizieren und haltbarere Versionen herzustellen.
An Khang (laut SCMP )
Wie wurde Seide erfunden? , Festplatte aus Seide
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