Régebben írtam már a pókselyemről, ami túlzás nélkül állíthatjuk, hogy egy csodálatos anyag ötször erősebb az acélnál, mivel fehérjéből áll, könnyedén lebontható bármilyen biológiai rendszerben. A pókselyem ipari felhasználására már most elképesztő ötletek keringenek, egyetlen aprócska nehézség akadályozza a pókselyem-forradalmat: A pókokat nagyon nehéz tömegben tartani. Egyrészt ragadozók, tehát leginkább rovarokkal kellene őket etetni, ami eleve nagyban drágítja a póktartást másrészt nem igazán társas lények, ha összeeresztik őket, a legtöbb faj egyedei örömmel zabálják föl egymást is, így a külön-külön tartásuk gyakorlatilag gazdaságtalanná teszi a pókselyem bármilyen nagyüzemi előállítását. Eddig a pókselyem ipari felhasználása olyan elképesztően különleges területeket jelentett, mint például távcsövekben a szálkereszt elkészítése. Hogyan lehetne mégis fölhasználni ezt a rendkívül előnyös tulajdonságú anyagot?

Természetesen meg lehet próbálni baktériumokban megtermeltetni a selyemfehérjéket és mesterségesen szálat szőni belőlük, ezt a japán Spiber cég használja, ha minden jól megy idén már a boltokba is kerül a Moon Parka néven futó rekombináns pókselyem kabát, apró hibája az ára, a kezdő sorozat darabjáért ezer dollárt kérnek.

A másik megoldás, ami minden szempontból egyszerűbb és olcsóbb, kivéve az engedélyeztetést, hogy valamilyen ízeltlábúval termeltetik meg a pókselymet, ami szállá is szövi rögtön. Ez nem nagy újítás, léteznek ugyan selyemlepkék, amelyek könnyedén tarthatóak ipari körülmények között is, hiszen növényevők, jól tűrik a tömeget is, a selyemtermelés évezredes iparág. Ezek a lepkék azonban jóval gyengébb selyemszálat szőnek, nyilván az evolúciójuk során nem kerültek olyan körülmények közé, ahol előnyt jelentett volna a nagy teherbírású selyem, mint a pókoknál. Hogy ezt valamennyire számszerűsítsük, Agnarsson és munkatársainak a cikkéből mutatok egy ábrát, ők a különböző pókok selymeinek a fizikai tulajdonságait foglalták össze. Látható, hogy a pókok közt is akadnak egészen gyenge szálat szövők, 110 MPa szakítószilárdságú szálat sem átall némelyik szőni, egy keresztespók 1376 MPa erős szálat sző, de „a pókselyemként” leginkább a Nephila clavipes nevű jószágét szokás emlegetni, ők 1215 MPa erősségű szálat szőnek. Agnarssonék ezt annyival fejelték meg, hogy valahol Malájföldön találtak egy „Darwin fekete kéregpókja” nevű állatot (Careostris darwinii), amelyik 1652 MPa szakítószilárdságú selymet sző, eddig ez a rekord. Összehasonlításként a hernyóselyem általában 500 MPa -nál szakad, a gyapjú 200 -nál, az acél 1500 -nál, a Nylon 900 -nál, a Kevlár 3600 -nál és a szén nanocsövek valahol 63000 -nél. Némileg ködös, hogy a Moon parka alapjául szolgáló selyem milyen erős, a wikipedia 508 ± 108 MPa értéket ad meg, ami kb. a hernyóselyemmel egyezik, így sok értelmét nem látni ennek az anyagnak, messze elmarad a pókselymekétől.

Többen próbálkoztak már azzal, hogy az iparban régóta hasznosított selyemlepkékbe juttatva a pók selyemfehérjék génjeit, erősebb szálat szőjenek selyemhernyókból is, egy ilyet már én is mutattam, láthatóan ez egy működőképes elképzelés. Már nekik is sikerült erősebb selymet szövetni a hernyókkal, sajnos úgy tűnik nem ezt a mérést használták a szál jellemzésére, ők „Maximum stress” -t mértek, ami a hernyóselyemnél 198, a pókselyemnél 664 -nek adódott, az ő selymük pedig elérte a 315 -ös értéket, ha ez bármilyen módon megfeleltethető a szakítószilárdságnak, akkor ez még mindig elmarad a pókselymektől.

Viszont nagyon úgy tűnik, a világban egészen komoly verseny indult meg a pókselyem felhasználására, láthatóan aki először megoldja, hogyan lehet hernyóban, olcsón pókselymet szőni, az kifejezetten nagy üzletet csinálhat a GM-hernyójával. Az első cikk mutatja, hogy még akadémiai kutatók is beszálltak a versenybe, ez a munka Japánban készült, közpénzből, az ottani Nemzeti Mezőgazdasági Tudományok Intézetében és a Shinsu Egyetem Textiltudományi Tanszékén. Ők a már kipróbált receptet követték, egy keresztespók (Araneus diadematus) selyemfehérjéit kódoló géneket juttattak a selyemlepke genomba, így próbálták növelni a selyemszál erősségét. A szerzők már egészen az ipari felhasználásra összpontosítottak, olyan problémákat is kiküszöböltek, mint például, hogy az eredetileg készített GM-hernyójuk valamiért egyenetlen gubót szőtt. A most bemutatott törzsük már tökéletesen alkalmas ipari termelésre is, eleve a selyemipari gépeken készült szálak erősségét mérték le. Ez látható a második ábrán. A harmadik ábra a GM-selyem (C515-SpA1x2) fizikai értékeit mutatja, láthatóan a szakítószilárdsága kb. 20% -kal nőtt a vad típusú selyeméhez képest (C515). Láthatóan a nyújthatósága (Breaking strain) és a szilárdsága (Toughness) másfélszeresére nőtt. Ez már szép eredmény, főleg, hogy az ipari felhasználás során érték el, tehát ez az anyag tényleg ilyen erős lesz, nem csak valami elvont, laboratóriumban látni valami kis különbséget. Érdekességképpen mellékeltek egy képet is pár ruhadarabról, amit ilyen GM-selyemből készítettek.

De ugye ekkora piac nem csak akadémiai kutatókat mozgat meg, hanem bizony itt már az üzleti élet is ráharap az új technológiákra. Az előbb már említettem azt a bizonyos 2012 -es cikket, amiről én is írtam négy évvel ezelőtt. Ez akkoriban akadémiai munkának indult, az amerikai Wyomingi Egyetemen, a kínai Csöcsiang Egyetemen és a francia Notre Dame egyetemen készült, az NIH, a Csöcsiang Tartomány Természettudományi Alapja és a Notre Dame Egyetem Kutatási Irodája pénzéből kezdték a munkát és egy kutatási egyezséget kötöttek a Kraig BioCraft nevű céggel. Nos, úgy tűnik, a kísérletek olyan sikeresen zárultak, hogy egy szabadalmat (és még) is bejegyeztek ezekre a GM-selyemlepkékre, illetve az előállításuk módszerére, az azóta eltelt négy év alatt a Kraig BioCraft az eredeti közlemény szerzőivel ebből eladható terméket készített. Több különböző GM-selyemhernyó termékét is bemutatták már, amelyeknek valamiért egészen nagyratörő neveket adtak, mint például „Nagy Piros Selyem” (Big Red Silk). A jelenlegi csúcsszálukat Sárkányselyemnek hívják (Dragon silk), a cég állítása szerint a kész selyemszáluk eléri az 1790 MPa szakítószilárdságot, vagyis erősebb, mint a legerősebb pókselyem. Fehérjéből áll, a természetben könnyedén lebomlik, semmilyen szennyezőanyagot sem tartalmaz, eperfalevélből készül, mint alapanyagból, mondhatni az alapanyag is napenergiával állítható elő. Bármilyen korábbi selyemmegmunkálási eljárással és géppel felhasználható, semmilyen beruházást sem igényel, csak a GM-hernyókat kell etetni az eddigi hernyók helyett.

No most ennél átláthatóbban nehéz fejleszteni, az eredményeket, módszert már évekkel azelőtt leközölték egy referált tudományos folyóiratban, hogy a gyártás elkezdődött volna. A termék annyira környezetkímélő, amennyire csak lehet, a cég honlapján egy hevenyészett összehasonlítást is bemutatnak, ami kiemeli a rekombináns DNS technológia óriási versenyelőnyét: GMOkat készíteni olcsó, bármilyen egyetemi laborban rutinfeladat, külön befektetést nem nagyon igényel, hiszen magukat az élőlényeket változtatják csak meg, nem kellenek hozzá gyárak, fermentorok, csíramentes laborok, szálfonógépek, ez egy selyemlepke, ugyanúgy használható, ahogy az összes többi lepke az utóbbi háromezer évben. A cég adatai szerint az egész üzlet ötmillió dolláros befektetést igényelt, míg a piacon velük versenyző technológiák 90-135 milliós befektetéséhez képest ez aprópénz. A gyártás is töredékéből megoldható, mivel a hernyók semmilyen különleges kezelést nem igényelnek, a cég selymének kilója kijön háromszáz dollárból.

És úgy tűnik a Kraig BioCraft nagyot durrantott: Az idén nyáron jelentették be, hogy a USA hadserege szerződést kötött velük Sárkányselyem szállításra, meg akarják vizsgálni, lehetne -e belőle golyóálló mellényeket készíteni. Az ötlet nem elvetendő, a Sárkányselyem szakítószilárdsága ugyan még mindig elmarad a Kevlárétól, azonban a Kevlár hajlékonysága ~3%, míg a Sárkányselyemé 40%, ezen kívül a Kevlár szilárdsága (az az energia, ami a szál eltöréséhez szükséges) 50.000 J/kg, míg a Sárknyselyemé 120.000 J/kg. Könnyen lehet, hogy ez az anyag alkalmasabb golyóálló mellények készítésére, mint a Kevlár, ha csak ugyanannyit tud, akkor is hajlékonyabb, könnyebb, egyszóval kényelmesebb védőfelszerelések készíthetőek belőle, mint Kevlárból. Nem beszélve róla, hogy mennyivel kellemesebb viselet a selyem, mint a Kevlár. Ja, ez úton szeretnék egyébként gratulálni a 2012 -es blogbejegyzés első hozzászólójának (a neve sajnos elveszett a szolgáltatóváltáskor): Helyesen látta, tényleg a golyóálló felszerelések gyártói használják majd először ezt a találmányt.

Ehhez úgy tűnik az USÁban építenek majd gyártóüzemet, ugyanis Franciaországban és Kínában pont nem lehet GMOkat engedélyezni, úgyhogy a Notre Dame egyetem meg a Csöcsiang Tartomány Természettudományi Alapja szívhatja a fogát, hogy jó érzékkel idejében beszálltak egy találmány kifejlesztésébe, de hasznot majd az USÁban termel. Ez a GMO tilalom egyik hátránya. Amit mindig elmondok, már biztos unjátok: Itt ülünk az új ipari forradalom küszöbén, a biotechnológia forrong, hetente jönnek ki korszakalkotó találmányok, amik láthatóan alapvetően fogják felforgatni azt, amit jelenleg az ipari termelésről gondolunk. Megállítani nem lehet, legföljebb kimaradni belőle, de annak meg pont annyi értelme van, mint annak idején kimaradni Amerika fölfedezéséből, vagy a gőzgépgyártásból.

Agnarsson, I., Kuntner, M., & Blackledge, T. A. (2010). Bioprospecting finds the toughest biological material: extraordinary silk from a giant riverine orb spider. PloS one, 5(9), e11234.
Kuwana, Y., Sezutsu, H., Nakajima, K. I., Tamada, Y., & Kojima, K. (2014). High-toughness silk produced by a transgenic silkworm expressing spider (Araneus ventricosus) dragline silk protein. PloS one, 9(8), e105325.