Немецкие учёные, находясь под впечатлением от шелкопрядных способностей простой златоглазки, которая откладывает яйца на длинных шелковых ножках, обладающих экстремально высоким пределом прочности на разрыв, взялись получить синтетический вариант такого шёлка. А материалом им послужили биотехнологические протеины, моделирующие оригинальный шёлковый белок.

Шёлк — удивительный материал, обладающий поистине выдающимися механическими свойствами. Тончайшие шёлковые нити, созданные насекомыми, легко затмевают большинство искусственных тканей, произведённых человеком.

Златоглазка — светло-зелёное насекомое с прозрачными крылышками, используемое фермерами для борьбы с тлёй. Для защиты будущего потомства от хищников златоглазка кладёт яйца на очень тонкие, но при этом уникально эластичные, упругие шёлковые ножки, причём яйца не свисают вниз с листьев, а торчат вверх — подобно булавкам, воткнутым в игольную подушечку.

Рис. 1. Яйца златоглазки на шёлковых ножках (фото Luis Fernández García).

Шёлковые нити, выпрядаемые златоглазкой, значительно тоньше человеческого волоса, но при этом они имеют достаточную упругость и жёсткость, чтобы не сгибаться под весом яйца.

В секрет, выделяемый златоглазкой, входят несколько белков. Один из них содержит центральный домен, составленный из многих повторяющихся похожих последовательностей. Эта область белка прикрыта с флангов малыми терминальными доменами, которые во многом и контролируют свойства шёлковых протеинов.

Томас Шайбель и Феликс Бауэр из Байройтского университета (Германия) попробовали воссоздать шёлк златоглазки, используя протеины, максимально похожие на аутентичные. Для этого они разработали синтетический протеин, состоящий из восьми повторяющийся блоков, каждый из которых содержал по 48 аминокислот, подобно структуре натурального шёлка. Терминальные же блоки были полностью скопированы с оригинала.

И вот вам красота современной науки, находящейся на стыке биологии, химии и генетики: закончив проект будущего протеина на бумаге, учёные синтезировали генетический сегмент, способный кодировать только что придуманный искусственный протеин. Последний затем поместили в бактерии, которые вынужденно приступили к производству искусственного шёлкового белка.

Рис. 2. Искусственный продукт немецких учёных (фото Wiley-VCH).

Для завершения полноценной имитации «шёлковой ножки» учёные использовали пинцет, который погрузили в каплю раствора, произведённого бактериями протеина, вытянули нить и прикрепили одним концом к кусочку алюминиевой фольги.

Высохшая искусственная «ножка» показала предел прочности на разрыв и эластичность, равные натуральному материалу!

Возможные области применения будущих синтетических шелков? — От автомобилестроения (к примеру, материал для изготовления подушек безопасности) до медицины (скажем, в качестве синтетических нервных волокон).

Отчёт о проделанной работе представлен в журнале Angewandte Chemie.