הקורים המלאכותיים של איש העכביש

דמותו של ספיידרמן, איש העכביש, הופיעה לראשונה בקומיקס בשנת 1962 וכיכבה מאז בשלל חוברות קומיקס, סדרות טלוויזיה וסרטי קולנוע. כגיבור על, ובהתאם להיגיון הלא-מדעי של הז'אנר, יש לספיידרמן יכולות על-אנושיות שנובעות מכך שעכביש רדיואקטיבי נשך אותו. נוסף על כך, הוא מסוגל לירות קורי עכביש שבאמצעותם הוא יכול לדלג בין בניינים או ללכוד אויבים.

הקורים של ספיידרמן מתאפיינים בחוזק רב, הם גמישים וגם דביקים. אולם בניגוד לעכבישים, במרבית קווי העלילה של ספיידרמן הקורים לא נוצרים באופן טבעי בגופו, אלא הוא מייצר אותם באופן מלאכותי מפולימר הודות לידע הנרחב שלו במדעי הטבע ובהנדסה.

חזק יותר מפלדה

ייצור מלאכותי של קורי עכביש, עניין שכותבי הקומיקס פתרו במחי משפט אחד, מעסיק את הקהילה המדעית כבר עשרות שנים. אחרי הכול מדובר בחומר טבעי חזק, שהוא גם קל וגמיש, כך שהוא מציע יתרונות אדירים לתעשיית הטקסטיל ולייצור מוצרים נוספים.

לשם כך הקדישו חוקרים זמן רב כדי לחשוף את מבנה קורי העכביש, הרכבם הכימי ותכונותיהם המכניות. הם גילו שלא מדובר בחומר יחיד אלא בכמה סוגים שונים שמתחלקים 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 ובגמישות יוצאי דופן. עוביו הממוצע הוא רק כעשירית מזה של שערת אדם, אולם הוא חזק פי כמה מסיב פלדה באותו קוטר. המרכיב העיקרי של הסיב הזה הוא חלבון מבני בשם ספידרואין.

דק פי 10 משערת אדם, אבל חזק יותר מפלדה, קל וגמיש מאוד. קורי עכביש מצופים קרח | צילום: Science Photo Library

לייצר קורים במעבדה

כלי ההנדסה הגנטית שפותחו בשלהי המאה הקודמת, יחד עם קביעת רצף הגנים שאחראים לייצור קורי העכביש, העמידו לראשונה אפשרות לייצור תעשייתי של קורים בלי צורך בעכבישים עצמם. אחת החלוצות בתחום הייתה חברה קנדית בשם Nexia Biotechnologies, שדיווחה בשנת 2002 בכתב העת Science כי הצליחה להנדס גנטית תאי יונקים שמייצרים את החלבונים שמשמשים לייצור סיב המסגרת של קורי העכביש.

בהמשך הינדסה החברה גנטית עיזים שמפרישות את אותם חלבונים מבלוטות החלב שלהן, כך שאפשר לטוות את קורי העכביש מהחלב. עם זאת, בשנת 2005 החברה פשטה רגל והפרויקט לא הבשיל למוצר מסחרי. חלק מהעיזים הועברו לרשותו של פרופ' רנדי לואיס (Lewis) מאוניברסיטת יוטה סטייט בארצות הברית, שממשיך לחקור אותן ואת הפוטנציאל הגלום בהן. הוא גם היה הראשון שריצף גן שמשתתף ביצירת קורי העכביש – אחד הגנים האחראים על ייצור חלבון הספידרואין.

חוקרים ניסו לייצר קורים גם באמצעות מערכות ביולוגיות אחרות, כמו חיידקים, חרקים וצמחים. אולם גודלם של החלבונים והמבנה הלא שגרתי של הגנים הקשו על מאמציהם. פריצת דרך ראשונה הגיעה בשנת 2004, כשקבוצתו של תומס שייבל (Scheibel) מאוניברסיטת ביירוית שבגרמניה הצליחה לראשונה להנדס חיידקים שייצרו חלבוני ספידרואין מסיסים במים, שמהם טוו בהמשך קורים שהיו חזקים אף יותר מהקורים הטבעיים. החוקרים עשו זאת על-ידי שילוב בין מקטעי DNA של עכביש לבין מקטעים שייצרו באופן מלאכותי.

פריצת דרך נוספת התרחשה עשר שנים לאחר מכן, כשחוקרים מאוניברסיטת טאפטס בארצות הברית הצליחו לייצר באמצעות חיידקים חלבוני ספידרואין בגודל דומה לגודלם הטבעי. הקורים שטוו מהם דמו מבחינה מכנית לקורי עכביש. החוקרים ממשיכים כעת לפתח דרכים יעילות וידידותיות יותר לטוות את הקורים מהחלבונים. לאחרונה דיווחו חוקרים מהאוניברסיטה השבדית למדעי החקלאות באופסלה שהצליחו לייצר חלבון בעל מסיסות טובה במים וליצור מתקן טוויה שלא דורש שימוש בממסים אורגניים.

בחלוף השנים התגלו עוד ועוד גנים לייצור ספידרואין, תודות להשלמת הריצוף המלא של הגנום של עכבישים שונים. בשנת 2016, לדוגמה, פרסמו חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה את הגנום המלא של עכביש מסוג Nephila clavipes, המפורסם בקורי העכביש המרשימים שהוא טווה. החוקרים חשפו במאמר גנים שמעורבים ביצירת קורי העכביש ולא היו מוכרים עד אז. מחקרים כאלה, נוסף על המידע הרב הצטבר לאורך השנים, הובילו להקמת כמה חברות חדשות שמנסות את מזלן בייצור מלאכותי והמוני של קורי עכביש.

בינתיים זה עסק די יקר. עניבה מקורי עכביש מלאכותיים | צילום: Bolt Thread.com

ממדע לטכנולוגיה

חברת AMSilk נוסדה בשנת 2008 בגרמניה והייתה אחת הראשונות שהציגו מוצר מסחרי המבוסס על קורי עכביש, בהתבסס על השיטות שפיתח שייבל ובאמצעות חיידקים מהונדסים גנטית. במסגרת שיתוף פעולה עם חברת אדידס, החברה מספקת סיבים של קורי עכביש שמשולבים בנעליים מתכלות. החברה אף מציעה חלבונים של קורי עכביש לשימוש במוצרי קוסמטיקה, שלטענתה מספקים פתרון טבעוני וידידותי לסביבה ומגינים מפני פגעים סביבתיים ומיקרואורגניזמים מסוימים.

חברת Bolt Thread, לעומת זאת, אימצה גישה סינתטית לחלוטין לייצור חלבוני הקורים. החברה, שנוסדה בשנת 2006 בארצות הברית, סקרה אלפי רצפי DNA של חלבוני ספידרואין שונים כדי ללמוד על הקשר בינם לבין תכונות הקורים. בהסתמך על המידע הזה היא מתכננת ומעצבת רצפים שונים שהיא מפיקה מהם חלבונים באמצעות שמרים מהונדסים גנטית.

ייעול שיטת ההפקה של החלבונים איפשר לחברה לייצר סיבים שמתאימים למוצרי טקסטיל, והשנה היא אף ייצרה את המוצר הראשון שלה – עניבה שעשויה ממאה אחוז קורי עכביש. מחירה, אגב, 314 דולר. לאחרונה הכריזה החברה על שיתוף פעולה עם חברת הלבשה האמריקאית "פטגוניה", במטרה ליצור בגדים עמידים שקורי העכביש הידידותיים לסביבה יחליפו בהם את חומרי הניילון.

למעשה, מעבר לתכונות החוזק והגמישות של קורי העכביש, הידידותיות שלהם לסביבה עשויה לעודד יצרנים וצרכנים רבים להשתמש בהם, למרות מחירם הגבוה יחסית. עם זאת, נדרש עוד זמן עד שמוצרים מבוססי קורי עכביש יהיו נגישים לציבור הרחב. ראשית, עלות הייצור שלהם עדיין גבוהה. בנוסף, החברות טרם הצליחו להתגבר על בעיה משמעותית מאוד – עדיין אי אפשר לכבס מוצרי טקסטיל שעשויים מקורי עכביש. זו כנראה הסיבה שעל אף יכולותיו המרשימות בתחומי הטקסטיל, ספיידרמן בכל זאת לובש חליפה מספנדקס.