初めて遺伝子組み換えカイコによってクモの糸が紡がれる

中国の科学者らは、遺伝子組み換えカイコからクモの糸を生産する方法を開発し、合成繊維に代わる強力で持続可能な代替品となり、さまざまな産業に応用できるとしている。

研究者らは、遺伝子組み換えカイコからクモの糸を作成し、防弾チョッキに使用されるケブラー繊維よりも6倍強い繊維を生成した。 この研究は9月20日付けの雑誌に掲載された テーマは、カイコを使って全長のクモ糸タンパク質を生産することに初めて成功した。 この結果は、ナイロンなどの市販の合成繊維に代わる環境に優しい代替品の製造に使用できる技術を実証しています。

「蚕の絹は現在、確立された育種技術を使用して広く商品化されている唯一の動物性絹繊維です」とメイ氏は言う。 「したがって、遺伝子組み換えカイコを使用してクモ糸繊維を生産することで、低コストで大規模な商業化が可能になります。」

強制ローラーシルクの写真。 クレジット: ジュンペン・メイ

クモの糸の持続性

科学者たちは、クモの糸を合成繊維に代わる魅力的で持続可能な代替品として注目しています。合成繊維は有害なマイクロプラスチックを環境に放出する可能性があり、多くの場合、温室効果ガスの排出を引き起こす化石燃料から生産されます。 しかし、代替手段を求めて自然に頼ることには課題がないわけではありません。 合成クモの糸を紡ぐためにこれまでに開発されたプロセスでは、湿気や日光への耐性を高めるために糖タンパク質と脂質の表面層を糸に適用するのに苦労していました。これは、クモが巣に付ける老化防止の「皮膚層」です。

ミー氏は、カイコは繊維を同様の保護層で覆うため、遺伝子組み換えカイコがこの問題の解決策となると述べている。

「クモの糸は、緊急に探査が必要な戦略的資源の代表です」と東華大学生物科学医工学部の博士候補者であり、この研究の筆頭著者であるメイ・ジュンピン氏は述べた。 「この研究で製造されたファイバーの非常に高い機械的性能は、この分野で大きな期待を持っています。このタイプのファイバーは、年間3億件を超える世界的な外科手術の需要を満たす外科用縫合糸として使用できます。」

クモの糸繊維は、より快適な衣服や革新的なタイプの防弾チョッキの製造にも使用でき、スマート材料、軍事、航空宇宙技術、生物医工学にも応用できる可能性がある、とメイ氏は言う。

遺伝子組み換えカイコによって作られる絹繊維。 クレジット: ジュンペン・メイ

合成プロセスと課題

メイと彼のチームは、カイコからクモの糸を紡ぐために、クモの糸タンパク質の遺伝子を細胞に挿入しました。 DNA CRISPR-Cas9 遺伝子編集技術とカイコの受精卵への数十万回のマイクロインジェクションを組み合わせて、カイコの腺で発現させます。 メイ氏は、ICSIはこの研究において「最も重要な課題の1つ」を提示したが、蛍光顕微鏡でカイコの目が赤く光るのを見て、これは遺伝子編集が成功した証拠であると興奮したと語った。

「この結果を共有するために、私は踊りながら孟清教授のオフィスまで走りました」とメイさんは語った。 「その夜のことは鮮明に覚えていますが、興奮で眠れませんでした。」

研究者らはまた、遺伝子操作されたクモ糸タンパク質がカイコ腺内のタンパク質と正しく相互作用し、繊維が正しく紡がれるようにするために、遺伝子操作されたクモ糸タンパク質に「局在化」修飾を加える必要もあった。 改良の指針となるよう、研究チームはカイコ糸の「小型基本構造モデル」を開発した。

「この論文で導入された『局在化』の概念は、提案された単純な構造モデルとともに、これまでの研究からの大きな逸脱を表しています」とミー氏は言う。 「大規模な商業化が目前に迫っていると確信しています。」

将来の展望

将来的にメイ氏は、今回の研究で開発されたクモの糸繊維の耐久性と強度に関する洞察を利用して、天然材料および人工材料からクモの糸を生産する遺伝子組み換えカイコを開発する予定である。 アミノ酸。

「100 を超える人工アミノ酸の導入により、人工クモ糸繊維には無限の可能性が秘められています」とメイ氏は言います。

参考文献：「遺伝子組み換えカイコから紡績した高強度かつ超強靱なクモ糸全繊維」 Junpeng Mi、Yizhong Zhou、Sanyuan Ma、Xingping Zhou、Shouying Xu、Yuchen Yang、Yuan Sun、Qingyou Xia、Hongnian Zhu、Suyang Wang 著、洛陽天と程夢、2023 年 9 月 20 日、 テーマ。
土井: 10.1016/j.matt.2023.08.013

この研究は、中国国家自然科学財団、上海市科学技術委員会の重点プロジェクト、上海市科学技術委員会の国際協力プロジェクト、および中央大学の基礎研究基金によって支援されました。