יש חיידקים טווים

קורי עכביש נחשבים לאחד המבנים הכימיים המתוחכמים ביותר בטבע. הם חזקים, גמישים וקלים מאוד, מתכלים, ומתאימים לשימושים רפואיים. כל הסיבות הללו הופכות אותם לכלי שימושי מאוד בתחומי תעשייה ורפואה רבים. למרות הפוטנציאל הרב שלהם, קשה מאוד להפיק אותם מהעכבישים עצמם בהיקף מסחרי, מכיוון שהם פשוט לא מייצרים מספיק קורים. בנוסף קשה מאוד לגדל עכבישים בשבי: יש להם נטייה לקניבליזם והם טריטוריאליים מאוד. קשה למדי לרכז מספיק עכבישים במקום אחד כדי להפיק מהם קורים.

כעת חוקרים ממכון המחקר היפני RIKEN מציעים פתרון ירוק לבעיה ומעבירים את מלאכת הייצור ליצורים חד-תאיים – חיידקים, שמשמשים מעין מפעלים זעירים לייצור קורים. לצורך מחקרם הם השתמשו בחיידק Rhodovulum sulfidophilum, שחי במי ים ומפיק את האנרגיה הדרושה לו באמצעות פוטוסינתזה וקיבוע חנקן. לשם כך החיידקים משתמשים באור השמש ובמקורות פחמן וחנקן שנמצאים במי הים. כל אלה הם משאבים זמינים שקיימים בשפע, דבר שהופך את החיידקים האלה לכלי שימושי וזול. כל חיידק הוא מעין מפעל סולרי קטן לייצור חומרים ביולוגיים. ואכן, כבר השתמשו בחיידקים האלה בעבר לייצור ביולוגי של מימן, של פלסטיק ושל חומצות גרעין. וזה בדיוק מה שהחוקרים במחקר הזה עשו עם קורי העכביש.

להחליף את העכביש בחיידקים. עכביש Nephila clavipes (ממשפחת הנפיליים) על רשת הקורים | מקור: מכון RIKEN

ניסוי וטעייה 

הסיבים של קורי העכביש מורכבים מחלבוני משי העכביש, שנקראים גם חלבוני MaSp. הם נוצרים בבלוטות משי מיוחדות שנמצאות בחלל הבטן של העכבישים ומתחלקים לכמה סוגים בעלי תכונות שונות.

החוקרים בודדו מהעכבישים את הגֵנים שאחראים על ייצור חלבון ה-MaSp העיקרי, שמקנה לקורים את חוזקם, והחדירו אותם לחיידקי Rhodovulum sulfidophilum. לאחר מכן, בחנו בניסוי וטעייה מצעי גידול שונים ומרכיבים נוספים שנחוצים לחיי החיידקים, ולבסוף הצליחו לצמצם את התנאים למי ים מלאכותיים, נתרן מימן פחמתי (סודה לשתייה) כמקור פחמן, גז חנקן כמקור חנקן ותאורת לד כמקור אור. כל התנאים האלה נמצאים בשפע בכדור הארץ ונחשבים למקורות מתחדשים. בתנאים האלה גידלו את החיידקים המהונדסים ובתום שבוע הפיקו מהם את חלבוני הקורים ושזרו מהם סיבים.

החוקרים הראו אם כן שאפשר להשתמש באורגניזמים פוטוסינתטיים לייצור יעיל של קורי עכביש, שאפשר להסב לשימוש תעשייתי. בשלב הבא הם מעוניינים להמשיך ולשדרג את "פס הייצור" במטרה ליצור חלבוני קורים בכמה דרגות עובי. אחד המכשולים שהם ציינו במאמרם הוא אספקת המולקולות הספציפיות הנחוצות למסלולים המורכבים של חילוף החומרים בתא החיידק בעת ייצור חלבוני הקורים. בנוסף, עליהם לייעל עוד את התהליך כדי לייצר כמות גדולה יותר של קורים ממה שהצליחו עד כה. התקווה היא להגיע בסופו של דבר לסיבים שיהיו זהים בחוזקם, בגמישותם ובפונקציונליות שלהם לקורי עכביש טבעיים.

אם יצליחו להתגבר על המכשולים ולהגיע לייצור מסחרי, החוקרים סבורים שהפיתוח יאפשר לשלב את משי העכבישים ביתר קלות בתחומים רבים בתעשייה המודרנית. כך הם יסייעו לצמצם את השימוש בחומרים בלתי מתכלים או כאלה שייצורם דורש הרבה יותר אנרגיה. ולבסוף הם מקווים שיוכלו להסב את המערכת החיידקית שפיתחו במחקר כדי להפיק שורה ארוכה של חומרים ביולוגיים אחרים.