Naučíme bource morušového tkát pavučiny?

Pavoučí vlákna patří pro své unikátní vlastnosti k těm výtvorům přírody, které se vědci snaží napodobit již mnoho let. Udivující je především jejich pevnost a pružnost, díky níž předčí všechny materiály, které prozatím vzešly z rukou chemiků. Pavoučí vlákno má vynikající mechanické vlastnosti. Poměr jeho váhy k pevnosti je čtyřikrát lepší, než je tomu u oceli, a existuje řada ekonomických i ekologických důvodů pro to, abychom našli způsob jak něco podobného vytvořit. Zatímco průmyslová výroba umělých vláken zatěžuje životní prostředí a vyžaduje značné množství energie, pavouk vyrábí své vlákno ekologicky a ekonomicky.

Není proto divu, že se člověk o tajemství pavoučího vlákna zajímá a chtěl by jeho zázračné vlastnosti využít ve svůj prospěch (Vesmír 75, 176, 1996/3; 75, 536, 1996/9). Pavoučí vlákno je kompozitní materiál, složený ze tří odlišných proteinů: spidroinu, kolagenu a elastinu. Elastin vytváří amorfní (nekrystalickou) základní hmotu vlákna s velkou roztažností. Díky němu se síť protáhne, když do ní narazí hmyz, a absorbuje větší část kinetické energii letící kořisti. Tato kinetická energie se mění v energii tepelnou. Do amorfní hmoty elastinu jsou zality krystalické proteiny – spidroin a kolagen – které vlákno zpevňují. Výsledný kompozit je pevný, odolný a elastický (Vesmír 86, 378, 2007/6).

Moderní metody genového inženýrství umožňují přenést gen kódující proteiny pavoučího vlákna do jiného organismu, s jehož chovem nejsou takové problémy jako s pavouky. Již dříve byl „pavoučí gen“ přenesen do genomu kozy, která produkuje proteiny pavoučího vlákna v mléce (Reprod. Fertility Develop. 16, 465, 2004/4). Z mléka transgenních koz se připravuje umělé pavoučí vlákno v laboratořích kanadské firmy Nexia Biotechnologies Ltd. pod obchodním označením BioSteel®. Není sice zdaleka tak pevné jako pavoučí přírodní vlákno, ale pro mnoho aplikací je jeho pevnost dostačující. Jako další možné transgenní organismy pro přípravu proteinů pavoučího vlákna se testují také tabák a brambory (Plant Biotechnol. J. 2, 431, 2004/5). Výroba umělých pavoučích vláken z těchto transgenních organismů je však stále příliš složitá a nákladná.

V poslední době se objevilo několik prací, které přicházejí s novým, převratným, a přitom jednoduchým řešením (J. Biomed. Mater. Res. 92A, 1366, 2010/4; Mol. Biol. Rep. 37, 1815, 2010/4). Jako transgenní organismus je použit bourec morušový, který umí snovat vlákna hedvábí. Proč by tedy nedokázal vytvořit pavoučí vlákno, bude-li mít potřebnou genovou výbavu. Když byla do genomu bource vpravena ta část pavoučí DNA, která je odpovědná za tvorbu proteinů pavoučího vlákna, housenky začaly snovat „pavoučí vlákna“. Ta sice nebyla přesně identická s pavoučími, ale přidaný gen dokázal výrazně vylepšit jejich vlastnosti (Transgen. Res. 19, 29, 2010/1). Geneticky modifikovaní jedinci produkující „pavoučí vlákno“ by mohli být chováni ve velkém na stejných farmách jako bourci a vlákno by mohlo být zpracováváno stejnou technologií. To by výrazně zlevnilo jeho výrobu.