Sutra laba-laba dipintal oleh ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik untuk pertama kalinya

Para ilmuwan di Tiongkok telah mengembangkan metode untuk memproduksi sutera laba-laba dari ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik, memberikan alternatif yang kuat dan berkelanjutan terhadap serat sintetis yang dapat diterapkan di berbagai industri.

Para peneliti menciptakan sutra laba-laba dari ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik, menghasilkan serat enam kali lebih kuat dari serat Kevlar yang digunakan dalam rompi antipeluru. Studi ini dipublikasikan pada 20 September di jurnal Tema, adalah orang pertama yang berhasil memproduksi protein sutera laba-laba berukuran penuh menggunakan ulat sutera. Hasilnya menunjukkan teknologi yang dapat digunakan untuk memproduksi alternatif ramah lingkungan terhadap serat komersial sintetis seperti nilon.

“Ulat sutera saat ini merupakan satu-satunya serat sutera hewani yang dikomersialkan secara luas, menggunakan teknik pembiakan yang sudah mapan,” kata Mei. “Oleh karena itu, penggunaan ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan serat sutera laba-laba memungkinkan komersialisasi berbiaya rendah dan berskala besar.”

Gambar sutra roller paksa. Kredit: Junpeng Mei

Keberlanjutan sutera laba-laba

Para ilmuwan melihat sutra laba-laba sebagai alternatif yang menarik dan berkelanjutan dibandingkan serat sintetis, yang dapat melepaskan mikroplastik berbahaya ke lingkungan dan sering kali dihasilkan dari bahan bakar fosil yang menghasilkan emisi gas rumah kaca. Namun beralih ke alam sebagai alternatif bukannya tanpa tantangan. Proses yang sebelumnya dikembangkan untuk memintal sutera laba-laba sintetis telah mengalami kesulitan dalam menerapkan lapisan permukaan glikoprotein dan lipid pada sutera untuk membantunya menahan kelembapan dan paparan sinar matahari – sebuah “lapisan kulit” anti-penuaan yang diterapkan laba-laba pada jaringnya.

Mee mengatakan ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik menawarkan solusi untuk masalah ini, karena ulat sutera menutupi seratnya dengan lapisan pelindung serupa.

“Sutera laba-laba mewakili sumber daya strategis yang sangat membutuhkan eksplorasi,” kata Junping Mei, kandidat doktor di Fakultas Biosains dan Teknik Medis Universitas Donghua dan penulis pertama studi tersebut. “Kinerja mekanik yang sangat tinggi dari serat yang dihasilkan dalam penelitian ini memberikan harapan besar dalam bidang ini. Jenis serat ini dapat digunakan sebagai jahitan bedah untuk memenuhi permintaan global yang melebihi 300 juta prosedur bedah setiap tahunnya.

Serat sutra laba-laba juga dapat digunakan untuk membuat pakaian yang lebih nyaman dan jenis rompi antipeluru yang inovatif, kata Mei, dan mungkin dapat diterapkan pada bahan-bahan pintar, militer, teknologi ruang angkasa, dan teknik biomedis.

Serat sutera dihasilkan oleh ulat sutera yang dimodifikasi secara genetik. Kredit: Junpeng Mei

Proses sintesis dan tantangannya

Untuk memintal sutra laba-laba dari ulat sutra, Mei dan timnya memasukkan gen protein sutra laba-laba ke dalam sel DNA Dari ulat sutera untuk diekspresikan di kelenjarnya menggunakan kombinasi teknologi pengeditan gen CRISPR-Cas9 dan ratusan ribu suntikan mikro ke dalam telur ulat sutera yang telah dibuahi. Mei mengatakan ICSI merupakan “salah satu tantangan paling penting” dalam penelitian ini, namun ketika dia melihat mata ulat sutera bersinar merah di bawah mikroskop fluoresensi – sebuah tanda keberhasilan penyuntingan gen – dia sangat senang.

“Saya menari dan berlari ke kantor Profesor Meng Qing untuk membagikan hasil ini,” kata Mei. “Saya ingat malam itu dengan jelas, kegembiraannya membuat saya tetap terjaga.”

Para peneliti juga perlu melakukan modifikasi “lokalisasi” pada protein sutera laba-laba yang direkayasa secara genetis sehingga mereka berinteraksi secara benar dengan protein di kelenjar ulat sutera, memastikan serat dipintal dengan benar. Untuk memandu modifikasi, tim mengembangkan “model struktur dasar miniatur” dari ulat sutera.

“Konsep ‘lokalisasi’ yang diperkenalkan dalam tesis ini, bersama dengan model struktural sederhana yang diajukan, menunjukkan perubahan yang signifikan dari penelitian sebelumnya,” kata Mee. “Kami yakin bahwa komersialisasi skala besar akan segera terjadi.”

prospek masa depan

Di masa depan, Mei berencana untuk menggunakan wawasan tentang daya tahan dan kekuatan serat sutera laba-laba yang dikembangkan dalam penelitian ini untuk mengembangkan ulat sutera hasil rekayasa genetika yang menghasilkan serat sutera laba-laba dari bahan alami dan rekayasa. Asam amino.

“Pengenalan lebih dari seratus asam amino rekayasa memiliki potensi tak terbatas untuk serat sutera laba-laba rekayasa,” kata Mei.

Referensi: “Serat sutera laba-laba utuh berkekuatan tinggi dan sangat kuat yang dipintal dari ulat sutera hasil rekayasa genetika” oleh Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang , Luoyang Tian dan Cheng Meng, 20 September 2023, Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Pekerjaan ini didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, Proyek Utama Komisi Sains dan Teknologi Kota Shanghai, Proyek Kerjasama Internasional dari Komisi Sains dan Teknologi Kota Shanghai, dan Dana Penelitian Dasar untuk Universitas Pusat.