A biológia sajátos ága a biotechnológia, elvégre szép dolog a természet titkainak megfejtése, de még szebb, ha pénzt is sikerül csinálni belőlük. A selyem fontos ipari nyersanyag, amit a selyemlepke (Bombyx mori) gubójából nyerünk jó pár ezer éve. Azonban selymet nem csak a lepkék képesek előállítani, a pókok is termelnek selymet, ami sokkal erősebb is, mint a selyemlepkéből nyerhető szál, ez a pókokból ki is nyerhető kis mennyiségben, ám a pókselyem ipari felhasználásával már háromszáz éve kísérleteznek hiába, azon egyszerű oknál fogva, hogy a pókokat sokkal nehezebb szaporítani mint a selyemlepke hernyóit. Nyilván a pókok állati takarmányt igényelnek, a selyemlepke hernyói eperfaleveleken is elvannak, a pókok viszonylag nagy saját területet őriznek, míg a hernyók jól bírják a tömeget, így pókselymet csak hajmeresztően drágán lehet előállítani. Úgy tűnik erre a háromszáz éves problémára találtak megoldást Florence Teulé és munkatársai: Egyszerűen a pókselymet alkotó fehérjéket kódoló géneket juttattak a selyemlepke genomjába, a pókselyem fehérjéi beépültek a lepke selyemszálaiban, ami így a szokásos hernyóselyemnél sokkal erősebb szálat eredményezett.
A biológia sajátos ága a biotechnológia, elvégre szép dolog a természet titkainak megfejtése, de még szebb, ha pénzt is sikerül csinálni belőlük. A selyem fontos ipari nyersanyag, amit a selyemlepke (Bombyx mori) gubójából nyerünk jó pár ezer éve. Azonban selymet nem csak a lepkék képesek előállítani, a pókok is termelnek selymet, ami sokkal erősebb is, mint a selyemlepkéből nyerhető szál, ez a pókokból ki is nyerhető kis mennyiségben, ám a pókselyem ipari felhasználásával már háromszáz éve kísérleteznek hiába, azon egyszerű oknál fogva, hogy a pókokat sokkal nehezebb szaporítani mint a selyemlepke hernyóit. Nyilván a pókok állati takarmányt igényelnek, a selyemlepke hernyói eperfaleveleken is elvannak, a pókok viszonylag nagy saját területet őriznek, míg a hernyók jól bírják a tömeget, így pókselymet csak hajmeresztően drágán lehet előállítani. Úgy tűnik erre a háromszáz éves problémára találtak megoldást Florence Teulé és munkatársai: Egyszerűen a pókselymet alkotó fehérjéket kódoló géneket juttattak a selyemlepke genomjába, a pókselyem fehérjéi beépültek a lepke selyemszálaiban, ami így a szokásos hernyóselyemnél sokkal erősebb szálat eredményezett.
Egy Nephila clavipes nevű pókfaj selyemfehérjéit kódoló génekből indultak ki, amelyek szerkezetét és a szelyemfonál tulajdonságait befolyásoló tulajdonságait már korábban mások leírták. A pókselymet alkotó fehérjék ismeretében egy mesterséges gént terveztek, amelyet a szál rugalmasságáért és szakítószilárdságáért felelős néhány aminosav hosszúságú motívumok sokszori ismétlődéséből állítottak össze. A gén azonban önmagában nem minden, valamilyen élőlény is kell, ami megtermeli. Korábban is termeltek már pókselyem- fehérjéket E. coli baktériumban, élesztőgombában, emlős- vagy éppen rovarsejtvonalakban és növényi sejtekben is, ezeknek azonban közös hibája, hogy drágák, nehéz őket ipari méretekben alkalmazni és értelemszerűen semmi sincs a rendszerben, ami szállá szőné a selyemfehérjéket. Ezt a kérdést oldották meg egy huszárvágással, amikor egy piggyBac ugráló genetikai elem segítségével a selyemlepke genomjába juttatták, amelynek ugye az ipari hasznosítása évezredek óta megoldott, ráadásul szállá is szövi az általa termelt fehérjéket. A második ábrán látható a kész ugráló genetikai elem: A transzlálódó szakasz nagy részét kiteszi a két pókselyem fehérjéből származó, sokszor ismétlődő motívum ("flagelliform elastic motif" és "major ampullate spidroin-2 strength motif"), amely a selyemszál mechanikai tulajdonságaiért felelős. Ezeket 5' és 3' irányban is a selyemlepke fibroin nehézlánc (Fhc) fehérjének N- és C- terminális szakaszai határolják, ezek azért szükségesek, hogy a termelt fehérje beépüljön a szövőmirigyben éppen formálódó szálba, így a termelt fehérje tulajdonképpen egy kiméra, amelynek a C- és N- terminális szakaszai lepke eredetűek, míg a közepe pók eredetű. Ezen kívül még hozzátették a selyemlepke fhc génjének szabályozóelemeit, ami azt biztosítja, hogy a gén egyedül a szövőmirigyben fejeződjön ki, ám ott nagy mennyiségben. Két különböző konstruktot is készítettek, az első az itt leírt fehérjét kódolta, a második által kódolt fehérje viszont e mellett a GFP fehérjét kódoló szakaszt is tartalmazta, amely egyébként eredetileg egy medúzából származik, így ez a selyemfehérje ibolyántúli fényben zölden világít.
A kész plazmidot, ami ezt a piggyBac elemet is tartalmazta, selyemlepke petékbe injektálták transzpozázforrással együtt, így az ugráló genetikai elem bejutott a genomba. Azokból a jószágokból, amelyekbe bejutott az ugráló genetikai elem homozigóta törzseket hoztak létre, ezeket nevezték el úgy, hogy "spider 6" és "spider 6-GFP". A spider 6-GFP vonal bábjain már szabad szemmel is látszott a GFP kifejeződése (A), ibolyántúli fénnyel megvilágítva pedig a szövőmirigyek (B,C), és mikroszkóp alatt szemlélve maguk a selyemszálak is zölden világítottak, jelezve, hogy az ugráló genetikai elemmel bejuttatott gén megnyilvánul, termelődik a fehérje. Végül megállapították, hogy a kész selyemszál körülbelül 2-5% -a a rekombináns fehérje, a többi a selyemlepke saját fehérjéiből áll.
Megmérték az így készült szál mechanikai tulajdonságait és azt tapasztalták, hogy a rekombináns fehérjét is tartalmazó szálak törzsenként különböznek ugyan, de mindegyikük jelentősen felülmúlja a lepkeselymet, bár nem olyan erősek, mint a pókselyem. Az egyes rekombináns fehérjét termelő törzsek által szőtt szál tulajdonságai is eltérnek, nyilván a transzgén beépülésének a helye is számít.
Összességében elmondható, hogy biotechnológiai megközelítéssel sikerült megkerülni egy évszázados problémát és egy nehezen tenyészthető állat (pók) előnyös tulajdonságokkal rendelkező termékét egy könnyen tartható másik jószágban megtermeltetni (selyemlepke), ezzel a hagyományos, évezredek óta nemesített lepke selyemszálánál sokkal erősebb szálat sikerült előállítani, ami minden jel szerint ugyanazon a gyártósoron előállítható, nem igényel különleges kezelést.
Teuléa F, Miaob Y, Sohnc B, Kimc Y, Hulla JJ, Fraser MJ, Lewisa RV, Jarvis DL (2012): Silkworms transformed with chimeric silkworm/spider silk genes spin composite silk fibers with improved mechanical properties. PNAS 109(1)