نجح علماء صينيون بقيادة الباحث جونبينغ مي في إنتاج ألياف حرير العنكبوت من دود القز المعدل وراثياً، حيث تتميز هذه الألياف بمتانة تفوق متانة الكيفلار المستخدمة في صناعة الملابس الواقية من الرصاص. وتوفر هذه التقنية بديلاً أخضر للألياف الصناعية مثل النايلون.
حقق الفريق النجاح من خلال إدخال جينات بروتينات العنكبوت إلى جينوم دودة القز وتعديلها للتعبير في غدد القز. كما قاموا بتعديلات لتمكين البروتينات من التفاعل مع بروتينات غدد القز. وأظهرت النتائج إمكانية إنتاج كميات تجارية من ألياف حرير العنكبوت ذات خصائص واعدة في مجالات عديدة. ويخطط الباحث لتطوير ألياف أكثر متانة باستخدام أحماض أمينية مهندسة.
تمكن العلماء في الصين من تخليق حرير العنكبوت باستخدام دودة القز الوردي المعدلة وراثيًا، حيث تم إنتاج ألياف أكثر صلابة بست مرات من الكيفلار المستخدم في السترات الواقية من الرصاص.
تعد هذه الدراسة، التي نُشرت في مجلة “ماتر” (Matter)، أول دراسة تنجح في إنتاج بروتينات حرير العنكبوت بطول كامل باستخدام دود القز. وتظهر النتائج تقنية يمكن استخدامها لتصنيع بديل أخضر صديق للبيئة للألياف الاصطناعية التجارية مثل النايلون.
تحرير الجينات
لصنع حرير العنكبوت من دود القز، قام مي وفريقه بإدخال جينات بروتين حرير العنكبوت في الحمض النووي (دي إن إيه) الخاص بدود القز، حتى يتم التعبير عنها في غدد الدود باستخدام تقنية تحرير الجينات المعروفة “كريسبر-كاس9” ومئات الآلاف من الحقن المجهرية في بيوض الدود الملقحة.
قدمت الحقن المجهرية “تحديًا كبيرًا” في الدراسة، وقال مي إن الرسالة تحتوي على معلومات حول تخليق حرير العنكبوت باستخدام دود القز المعدلة وراثيًا.
يعد استخدام دود القز المعدلة وراثيًا حلاً للتحديات التي واجهت عمليات تصنيع حرير العنكبوت الاصطناعي في الماضي. وقد يكون لأليافها تطبيقات في مجالات مثل الأزياء والعسكرية والهندسة الطبية.
اقرأ أيضًا.. ثقب الأوزون بالقطب الجنوبي يتوسع بشكل غير مسبوق وينذر بكارثة مناخية
بديل مستدام
تشكل ألياف حرير العنكبوت بديلاً مستدامًا مثيرًا للاهتمام للألياف الاصطناعية، التي يمكن أن تُطلق جسيمات ميكروبلاستيكية ضارة في البيئة وعادة ما تُنتج من الوقود الأحفوري الذي يولد انبعاثات الغازات الدفيئة. ولكن اللجوء إلى الطبيعة للحصول على بدائل ليس بدون تحديات.
سبق وأن واجهت العمليات المطورة سابقًا لتصنيع حرير العنكبوت الاصطناعي صعوبة في تطبيق طبقة سطحية من الجليكوبروتينات والدهون على الحرير لمساعدته على مقاومة الرطوبة والتعرض لأشعة الشمس – وهي “طبقة جلدية” مضادة للشيخوخة يضعها العناكب على شبكاتها.
تقدم دود القز المعدلة وراثيًا حلاً لهذه المشكلة، حيث تغطي الدودة ذاتها أليافها بطبقة حماية مماثلة.
ويمكن استخدام ألياف حرير العنكبوت لصنع ملابس أكثر راحة وأنواع جديدة من سترات الواقية من الرصاص، وقد تكون لها تطبيقات في المواد الذكية والتكنولوجيا العسكرية والفضائية والهندسة الطبية.
قال جونبينغ مي الباحث الرئيسي “إن حرير دود القز هو الآن الحرير الحيواني الوحيد الذي ينتج تجارياً على نطاق واسع”، مضيفاً أن استخدام دود القز المعدل وراثياً لإنتاج ألياف حرير العنكبوت يتيح إنتاجها بكميات كبيرة وبتكاليف منخفضة.
يتوقع الباحثون استخدام هذه الألياف في الخيوط الجراحية والملابس والمعاطف المقاومة للرصاص، إضافة للتطبيقات في المواد الذكية والعسكرية وتكنولوجيا الفضاء.
يعمل الباحثون الآن على توسيع نطاق عملية الإنتاج الخاصة بهم حتى يتمكنوا من إنتاج حرير العنكبوت على نطاق تجاري. كما يخططون لتطوير منتجات جديدة مصنوعة من حرير العنكبوت، مثل الغرسات الطبية والمنسوجات ومواد التغليف.
وفي المستقبل، يخطط مي لاستخدام ما توصلوا إليه من معلومات حول قوة وصلابة ألياف حرير العنكبوت لتطوير دود القز القادرة على إنتاج ألياف من الأحماض الأمينية الطبيعية والمهندسة.
تطبيقات مستقبلية أخرى
بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، يمكن أن يكون لحرير العنكبوت تطبيقات مستقبلية أخرى، ومن المحتمل أن يكون لحرير العنكبوت تأثير كبير على العديد من الصناعات في المستقبل، ويمكن أن يكون لحرير العنكبوت تأثير كبير على قطاع الطاقة في العديد من الطرق مثل:
- تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع أجزاء قوية ومتينة للآلات والمعدات المستخدمة في توليد الطاقة. هذا يمكن أن يؤدي إلى تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، مما يساعد على الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
- تحسين كفاءة الطاقة: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع مواد عازلة قوية وخفيفة الوزن. هذا يمكن أن يساعد في تحسين كفاءة الطاقة للمباني والأجهزة، مما يؤدي إلى توفير المال والطاقة.
- تطوير مصادر طاقة جديدة: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع مولدات كهربائية صغيرة وخفيفة الوزن. هذا يمكن أن يساعد في تطوير مصادر طاقة جديدة، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، والتي يمكن استخدامها في المناطق النائية.
- توربينات الرياح: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع شفرات توربينات الرياح. هذا يمكن أن يجعل شفرات المروحة أخف وزنًا وأكثر قوة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة وإنتاج الطاقة.
- خلايا شمسية: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع خلايا شمسية أكثر كفاءة وقوة. هذا يمكن أن يساعد في جعل الطاقة الشمسية خيارًا أكثر تكلفة وفعالية.
- مولد الطاقة الكهرومائية: يمكن استخدام حرير العنكبوت لصنع توربينات صغيرة يمكن استخدامها لتوليد الطاقة الكهرومائية في الأنهار الصغيرة أو الجداول. هذا يمكن أن يساعد في تطوير مصادر طاقة متجددة في المناطق الريفية.
لا يزال البحث والتطوير في مجال حرير العنكبوت في مراحله الأولى، ومع ذلك، مع استمرار البحث والتطوير، هناك إمكانية كبيرة لحرير العنكبوت أن يصبح بديلًا جذابًا للمواد التقليدية المستخدمة في قطاع الطاقة.
تابعنا على نبض