Наука и технологии России

Вход Регистрация
16.04.10 | Информнаука: Биотехнологии Информнаука

Российские ученые пытаются прясть паутину

Уникальные свойства паутины давно привлекали внимание исследователей. Паутиновые нити невероятно прочны, эластичны, устойчивы к действию химических веществ и прекрасно совместимы с тканями живого организм. Ученые уже пытаются использовать белки паутинного шелка в качестве медицинских материалов, но сначала надо научиться получать  искусственную паутину,  не уступающую по качеству настоящей. В России эту задачу решают специалисты кафедры биоинженерии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Государственного научного центра «ГосНИИгенетика» и Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН. Их работу поддерживают РФФИ и Роснаука.

            Каркасная нить паутины состоит из двух белков – спидроинов 1 и 2. Чтобы получить эти белки, московские ученые синтезировали искусственные гены – аналоги гена спидроина 1 золотого паука-кругопряда (Nephila clavipes) и спидроина 2 гигантского мадагаскарского паука-кругопряда (Nephila madagascariensis). Полученные гены встроили в хромосомы метанолокисляющих дрожжей, которые и синтезировали нужные белки. Спидроины выделили, очистили и попытались получить из них искусственные нити. Для этого растворы белков вносили в специально изготовленный микроспиннерет и под давлением пропускали в сосуд с осадителем (спиртом). Нить, ниспадающая на дно сосуда, получила название «0-нити». К сожалению, до настоящей паутины ей далеко. «0-нить» много толще своего природного аналога и при этом очень хрупкая и непрочная. Она однородна по толщине, имеет гладкую поверхность и трубчатую структуру с полостью в центре. Диаметр полости около 20 мкм и окружена она губчатыми стенками толщиной от 3 до 20 мкм.

            Чтобы добиться большей прочности, исследователи попытались воспроизвести процессы, которые происходят в прядильных железах паука: удаление воды, ионов натрия и хлора, введение ионов калия и протонов, понижение рН до 6,3, ориентацию белковых молекул. Для удаления воды нити обрабатывали спиртовыми растворами понижающейся концентрации (92 и 75%). Затем нити в спиртовых растворах вытягивали, чтобы ориентировать молекулы спидроинов вдоль оси нити. Последующий отжиг при 180°С зафиксировал это состояние. Затем следует этап пластификации – придание нити эластичности. Для этого паутину помещали в воду, а, чтобы она при этом не укоротилась, концы нити фиксировали и вытягивали.

            Такие манипуляции значительно улучшили свойства искусственной паутины. Ее прочность на разрыв возросла, хотя и уступает в 10 раз натуральной. Кроме того, спидроиновая нить стала тоньше, и в ее составе исследователи обнаружили нанофибрилы диаметром около 20 нм, а все больше данных свидетельствует о том, что именно нанофибрилы обеспечивают уникальные механические свойства нитей паутины. 

            Исследователи установили, что прочность искусственных нитей, полученных из белков спидроина, значительно возрастает при увеличении степени растяжения, и планируют подобрать такие условия формования, которые позволят доиться существенного уменьшения их диаметра. Пока же главный результат работы заключается в том, что создание искусственной паутины путем имитации природных процессов принципиально возможно.

Ключевые слова: спидроин, паутина

Источник информации: Соколова О.С. и др. «Формирование четвертичной структуры рекомбинантными аналогами белков паутины». Молекулярная биология, 2010, т.44, № 1

Дополнительная информация: Соколова Ольга Сергеевна, к.б.н., научный сотрудник каф. биоинженерии Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова; sokolova@moldyn.org

Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН

РЕЙТИНГ

3.00
голосов: 2

Обсуждение