لماذا نحتاج إلى المزيد من حرير العنكبوت، ولا نستطيع الحصول عليه؟
لقد فشل البشر تاريخياً في الحصول على حرير العنكبوت هذه المادة فائقة القوة بسبب صعوبة تدجين العناكب. فهل يمكن صنع الحرير بدونها؟
إنها قوية للغاية. مرنة. عند مقارنتها من حيث الخيوط ذات القطر نفسه، فهي أقوى من الفولاذ، وأكثر صلابة من الكيفلار (البوليمر الاصطناعي المستخدم في السترات الواقية من الرصاص).
كذلك يمكن أن يصل قطر شبكات العناكب الحائكة مثل عنكبوت الجرم السماوي (مجموعة الأنواع التي تنسج أكبر وأقوى الشبكات المعروفة) إلى 1.5 متر، ويمكنها اصطياد الطيور الصغيرة في منتصف الرحلة.
وإذا تمكن العلماء من معرفة كيفية إنتاج ما يكفي من حرير العنكبوت، فإن الاحتمالات ستكون هائلة. ويمكن استخدامه في الأدوية والأسلحة والملابس المدرعة وتكنولوجيا الطيران.
العناكب غير قابلة للتدجين
المشكلة هي أن العناكب يصعب تدجينها بشكل لا يصدق. “إنهم لا يعملون بشكل جيد في الأسر. تقول آراثي براساد، زميلة البحث الفخرية في قسم علم الوراثة والتطور والبيئة بجامعة كوليدج لندن، ومؤلفة كتاب “الحرير: تاريخ في ثلاثة تحولات” (2023): “إذا احتفظت بمجموعة منهم معًا، فسوف يأكل أحدهم الآخرين”. كما “إن السبب وراء صعوبة استخدام حرير العنكبوت على مر القرون هو أنك لا تستطيع الحصول على ما يكفي منه”.
ويهدف العلماء الآن إلى التغلب على هذه المشكلة، من خلال تجربة طرق لصنع حرير العنكبوت، بدون العنكبوت.
بدائل وراثية
وفي بحث نشر في مجلة Matter نشر في سبتمبر 2023، وصف علماء من جامعة دونغهوا الصينية كيف نجحوا في استخدام دودة القز المعدلة وراثيا لإنتاج ألياف حرير العنكبوت.
حيث تم استخدام أداة تحرير الجينات CRISPR-Cas9 لإدخال جينات بروتين حرير العنكبوت في الحمض النووي لديدان القز. وأظهر الحرير الذي تنتجه هذه الديدان المعدلة وراثيا قوة شد ومرونة قريبة من حرير العنكبوت الطبيعي.
هذه ليست أخبارًا جيدة تمامًا، وسنتعرف على السبب بعد قليل، لكن تجربة Donghua كانت بمثابة تحسن كبير مقارنة بالمحاولات الأخرى.
بدائل مصنّعة
على مدى أكثر من عقد من الزمن، على سبيل المثال، جرب الباحثون في جامعة ولاية يوتا طرقًا لاستخراج بروتين حرير العنكبوت من الحليب الذي تنتجه الماعز المعدلة وراثيًا. كما قاموا أيضًا بإدخال جينات بروتين حرير العنكبوت إلى الحمض النووي للماعز. أيضا تم بعد ذلك استخلاص هذا البروتين من الحليب وعكس هندسته ليتحول إلى ألياف. لكن الألياف كانت ضعيفة، وانتهت التجربة بشكل أساسي، ويعيش الماعز الآن في مزرعة تديرها الجامعة.
وفي الوقت نفسه، فشلت المحاولات السابقة لإنتاج حرير العنكبوت الاصطناعي في المختبر في تكرار الطبقة السطحية من البروتينات السكرية والدهون. وهي طبقة واقية تطبقها العناكب على شبكاتها أثناء الإفراز، للحماية من الرطوبة والتعرض لأشعة الشمس.
بديل القز
تعد دودة القز حلاً واعدًا لأنها تمتلك غدة متخصصة خاصة بها تفرز طبقة واقية مماثلة. لكن براساد يقول إنه لا يزال من غير الممكن أن يكون شبيهًا بالعنكبوت بنسبة 100%.
كما يقول براساد: “في جسم العنكبوت، يبدأ الحرير على شكل سائل قبل أن يصبح خيطًا صلبًا”. أيضا “المشكلة في حرير العنكبوت المُعدَّل وراثيًا هي أنك لا تستطيع تكرار التركيب الكيميائي للمادة إلا جزئيًا. سيكون دائمًا جزءًا من العنكبوت وجزءًا من العثة. لن يكون حرير العنكبوت حقيقيًا لأننا لا نعرف بالضبط كيف يطوي العنكبوت الحـرير أثناء عملية الإفراز، لمنحه قوته. ويأمل Donghua في كسر هذا الرمز أيضًا.
تعديل حـرير القز
ويعمل فريق البحث في الجامعة على جعل حـرير العنكبوت الناتج عن دودة القز أقوى وأكثر مرونة. وذلك عن طريق إضافة سلاسل أحماض أمينية إضافية إلى بنيته الجزيئية.
الخبر السار: ما لديهم حتى الآن هو بالتأكيد قابل للتطوير. كما قال جونبينج مي، عالم التكنولوجيا الحيوية في دونغهوا، في بيان: “إن حـرير دودة القز هو حاليًا ألياف الحـرير الحيوانية الوحيدة التي لديها سلسلة توريد راسخة، مكتملة بتقنيات التربية والمعالجة المتقدمة”.
