لأول مرة، نجح العلماء في إنتاج ألياف حرير العنكبوت كاملة الطول باستخدام دودة القز المعدلة وراثيا. تعد قوة الحرير العالية ومتانته بأن يكون بديلاً قابلاً للتطوير ومستدامًا وأفضل للألياف الاصطناعية الموجودة مثل النايلون. وقال المؤلف الأول مي جون بينغ، الباحث في كلية العلوم البيولوجية والهندسة الطبية بجامعة دونغهوا في الصين: "حرير الحرير هو حاليًا ألياف الحرير الحيوانية الوحيدة التي يتم تسويقها تجاريًا على نطاق واسع ولديها تكنولوجيا تربية مثالية. لذلك، فإن استخدام دودة القز المعدلة وراثيًا لإنتاج ألياف حرير العنكبوت يمكن أن يحقق تسويقًا منخفض التكلفة وواسع النطاق".
تمت زراعة الألياف التي تستخدمها دودة القز لغزل شرانقها منذ آلاف السنين، ولكن على الرغم من وفرة هذه الألياف، إلا أنها تتمتع بسمعة كونها هشة. وفي الوقت نفسه، تنتج العناكب حريرًا قويًا للغاية، لكن زراعته على نطاق واسع كانت دائمًا بعيدة المنال. وأشار الباحثون إلى أن "طبيعة العناكب آكلة اللحوم تجعل من المستحيل على العناكب أن تعيش معًا، وإلا فإن جميع الأفراد تقريبًا سيتقاتلون حتى الموت".
يقدم هذا البحث الأخير أفضل ما في العالمين، مما يغير طريقة إنتاج هذه المادة الطبيعية بعيدة المنال بشكل مستدام. لقد ظل العلماء يحاولون إتقان هذه "الوصفة" الإلكترونية لأكثر من عقد من الزمن.
ولهندسة دودة القز بحواس عنكبوتية فريدة، ركز مي وزملاؤه على بروتين حرير صغير من العنكبوت المداري في شرق آسيا Araneus ventricosus. وباستخدام تقنية كريسبر-كاس9، تم إدخال بروتين MiSp في الحمض النووي لديدان القز، ليحل محل الجين الذي يشفر بروتين الحرير الرئيسي لديدان القز.
وحقق العلماء أيضًا "الاستهداف" ونجحوا في تنشيط الجينات في الحمض النووي لدودة القز دون التدخل في أي جانب آخر من جوانب إنتاج الحرير الطبيعي لدودة القز.
وقال مي: "إن مفهوم" تحديد الموقع "المقترح في هذه الورقة، بالإضافة إلى النموذج الهيكلي البسيط المقترح، يعد إنجازًا كبيرًا من الأبحاث السابقة". "نحن نعتقد أن التسويق على نطاق واسع هو قاب قوسين أو أدنى."
تجاوزت الألياف الناتجة توقعات الباحثين، حيث أظهرت قوة شد عالية (1,299 ميجا باسكال) وصلابة (319 ميجا جول/م3). ليس هذا فحسب، بل كانت الألياف أكثر مرونة بكثير مما كان متوقعًا؛ يُعرف بروتين MiSp بإنتاج حرير قوي ولكنه غير قابل للتمدد.
"يعد حرير العنكبوت موردًا استراتيجيًا في حاجة ماسة إلى التطوير. تتمتع الألياف المنتجة في هذه الدراسة بخصائص ميكانيكية عالية للغاية ولديها إمكانات كبيرة في هذا المجال. ويمكن استخدام هذه الألياف كخيوط جراحية لتلبية احتياجات أكثر من 300 مليون عملية جراحية في جميع أنحاء العالم كل عام."
تتمتع الألياف الجديدة بإمكانات تجارية واسعة، بما في ذلك المواد الذكية للجيش، وتكنولوجيا الطيران، والهندسة الطبية الحيوية، والملابس. والحرير الناتج أقوى بست مرات من مادة الكيفلار المستخدمة في السترات الواقية من الرصاص.
ويخطط الباحثون الآن لتطوير دودة القز المعدلة وراثيا التي تستخدم الأحماض الأمينية الطبيعية والمهندسة لإنتاج ألياف حرير العنكبوت. وقال مي: "إن إدخال أكثر من مائة من الأحماض الأمينية المهندسة قد جلب إمكانات غير محدودة لألياف حرير العنكبوت الهندسية."
ونُشر البحث في مجلة Matter.