קורי עכביש מלאכותיים

קורי עכביש מפורסמים מאוד בהיותם בין החומרים הטבעיים החזקים והגמישים ביותר. למעשה לא מדובר בחומר יחיד אלא בסיבים מסוגים שונים שבהם העכביש משתמש כדי לטוות את קוריו. הקורים הם גם כלי חשוב ושימושי במחקר ובתעשייה, אבל עד כה היה קושי לייצר אותם באופן מלאכותי. שיטה שפיתחו מדענים שבדים הצליחה כעת לפתור את הבעיה.

קורי העכביש מתחלקים בין השאר לסיבים חזקים וגמישים שמעניקים לקור את המבנה שלו, סיבים דביקים שמשמשים ללכידת חרקים ועוד. הסיב המבני הנפוץ ביותר הוא סיב המסגרת, שמתאפיין בחוזק וגמישות יוצאי דופן. עוביו הממוצע הוא רק כעשירית מזה של שערה אנושית, אולם הוא חזק פי כמה מסיב פלדה באותו קוטר. התכונות האלה, נוסף על היותו קל ומתכלה, הפכו אותו למושא מחקר פופולרי.

המרכיב העיקרי של סיב המסגרת הוא חלבון מבני בשם ספידרואין. כבר כמה וכמה שנים, מאז שאפיינו את החלבון ואת תכונותיו, יודעים חוקרים לייצר אותו באופן מלאכותי, בין השאר באמצעות חיידקים, שמרים, צמחים ותאי חרקים. אולם אחת הבעיות העיקריות לאחר הפקת החלבון היא מסיסותו הנמוכה במים, שאילצה עד כה את החוקרים להשתמש בממסים אורגנים מסוכנים כדי לייצר ממנו סיבים. אם לא די בכך, במרבית המקרים, הסיבים שהתקבלו לא שמרו על אותן תכונות של חוזק וגמישות שאפיינו את הסיב הטבעי.

כעת, חוקרים מהאוניברסיטה השבדית למדעי החקלאות באופסלה דיווחו שהצליחו לייצר חלבון בעל מסיסות טובה במים וליצור מתקן טווייה שלא עושה שימוש בחומרים אורגניים. החלבון שיצרו אינו חלבון טבעי, אלא שילוב של שני חלבונים מעכבישים שונים, והם ייצרו אותו באמצעות חיידקים.

תארו לעצמכם חלבון שקצה אחד שלו מסיס במים והקצה השני אינו מסיס במים, וחלבון שני בעל מסיסות הפוכה. באמצעות כלים של הנדסה גנטית החליפו את הצד הלא מסיס של החלבון הראשון בצד המסיס של החלבון השני וכך קיבלו חלבון חדש, ששני צדדיו מסיסים במים.

"להפתעתנו, החלבון המלאכותי מסיס במים בדיוק כמו חלבונים של קורי עכביש טבעיים. משמעות הדבר היא שאפשר לשמור על החלבונים מסיסים בתנאים קיצוניים", אמרה אנה ריזינג (Rising), ממובילות המחקר.

הקור מסיס במים כמו חלבונים טבעיים. סרטון המתעד את תהליך ה"טווייה" של הקור | מקור: אוניברסיטת אופסלה

במחקר, שהתפרסם בכתב העת Nature Chemical Biology, דיווחו החוקרים גם על פיתוח של מתקן טוויה שמחקה את תהליך הטוויה הטבעי של העכביש. המתקן מורכב מסיבי זכוכית דקים שדרכם החלבון עובר לתמיסה בעלת רמת חומציות נמוכה, בדומה לבלוטות המשי של העכביש. הורדת רמת החומציות גורמת לחלבון ליצור סיבים דקים שהמכשיר יכול לסובב ולטוות. לפי החוקרים, מתרבית חיידקים של ליטר אחד אפשר ליצור סיב באורך של כקילומטר.

סיב באורך קילומטר מליטר אחד של תרבית. סרטון המדגים את מתקן הטווייה שפיתחו החוקרים | מקור: אוניברסיטת אופסלה

"זה המקרה המוצלח הראשון של ביומימטיקה של טוויית קורי עכביש. עיצבנו תהליך שמשחזר מנגנונים מולקולריים רבים שמתרחשים בעת טוויית הקורים בטבע", מסבירה ריזינג. "בעתיד התהליך יוכל לאפשר ייצור תעשייתי של קורי עכביש מלאכותיים, שיוכלו לשמש חומרים ביולוגיים או חומרי טקסטיל מתקדמים".