Ας το παραδεχτούμε! Είναι, ίσως, λίγο πιο ανεκτές από τις κατσαρίδες. Ο λόγος για τις αράχνες, που, αν και μόνιμος εχθρός των ανθρώπων, είναι η αιτία που η βιομηχανία του σατέν υφάσματος, η οποία χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη ίνες μεταξιού, έχει κυριαρχήσει.
Χριστιάνα Λινάρδου, Φοιτήτρια Χημείας
Ενώ είναι ευρέως γνωστό ότι το μετάξι παράγεται από μεταξοσκώληκες, κάτι που ίσως δεν μας είναι αρκετά γνωστό, είναι ότι και οι αράχνες παράγουν μετάξι και μάλιστα το μετάξι τους υπερτερεί, καθώς είναι κατά πολύ ανθεκτικότερο από αυτό του μεταξοσκώληκα, αλλά και γενικότερα από τις τεχνητές συνθετικές ίνες. Αυτό οφείλεται στη χημική του σύνθεση! Συγκεκριμένα, το μετάξι της αράχνης αποτελείται από μια ομάδα πρωτεϊνών που ονομάζονται σπινδροΐνες.
Οι πρωτεΐνες είναι από τα πιο σημαντικά μόρια που συναντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς και εμφανίζουν πολύ μεγάλη ποικιλομορφία στη δομή, αλλά και στη λειτουργία τους. Είναι μεγάλα μόρια που αποτελούνται από αμινοξέα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας μεγάλες αλυσίδες. Στον ανθρώπινο οργανισμό, οι πρωτεΐνες, ανάλογα με τη δομή τους, έχουν διαφορετική λειτουργία και κατά συνέπεια διαμορφώνουν κάποια χαρακτηριστικά μας. Έτσι και στις αράχνες, οι σπινδροΐνες καθιστούν το μετάξι τους πιο ελαστικό και ταυτόχρονα ανθεκτικότερο από το ατσάλι! Το φυσικό αυτό «ατσάλι» μπορούμε να το φανταστούμε σαν μια αλυσίδα, της οποίας οι κρίκοι είναι τα αμινοξέα, και η συγκεκριμένη σύσταση σε αμινοξέα είναι αυτή που δίνει στο μετάξι τις ξεχωριστές του ιδιότητες. Οι πρωτεΐνες του μεταξιού της αράχνης αποτελούνται από επαναλαμβανόμενα αμινοξέα γλυκίνης (Gly) και αλανίνης (Ala). Περιοχές πλούσιες σε γλυκίνη χαρίζουν στο μετάξι της αράχνης την ελαστικότητά του, ενώ περιοχές πλούσιες σε αλανίνη, την ανθεκτικότητα. Ο συνδυασμός αυτών των δύο χαρακτηριστικών, λόγω της σπανιότητάς του, οδηγεί τους επιστήμονες να αποκαλούν το μετάξι της αράχνης «θαύμα της φύσης».
Παρ’ όλα αυτά, η απομόνωση μεταξιού από τις αράχνες καθίσταται αδύνατη, καθώς οι τελευταίες δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παραγωγή. Επειδή όμως ως υλικό, το μετάξι της αράχνης είναι πολύτιμο, οι επιστήμονες που καταπιάστηκαν με τη σύνθεσή του, αποφάσισαν να μελετήσουν αυτές τις πρωτεΐνες και να «κατασκευάσουν» στο εργαστήριο παρόμοιες, με στόχο να πετύχουν την κατασκευή ενός προϊόντος με τα ίδια χαρακτηριστικά που κάνουν το μετάξι της αράχνης ξεχωριστό. Τα βασικά ερωτήματα, τώρα, είναι πώς αυτές οι πρωτεΐνες θα κατασκευαστούν και πώς θα γίνει η παραγωγή του μεταξιού!
Για να παραχθεί μια πρωτεΐνη, χρειάζεται αρχικά να υπάρχει ένα γονίδιο, δηλαδή μια μεγάλη αλληλουχία DNA, που θα καθορίζει την αλληλουχία των αμινοξέων. Αυτή η αλληλουχία περιέχει την πληροφορία που θα καθορίζει από ποια και πόσα «κρικάκια» (αμινοξέα) θα φτιαχτεί η «αλυσίδα» μας (πρωτεΐνη). Οι επιστήμονες, μελετώντας την αλληλουχία αυτή στο φυσικό μετάξι της αράχνης, κατάφεραν να την αντιγράψουν και να κατασκευάσουν ένα τεχνητό γονίδιο, το οποίο αν υπήρχε σε κάποιον οργανισμό, θα οδηγούσε στην παραγωγή των σπινδροϊνών. Το μόνο πρόβλημα που δεν είχε λυθεί ήταν, το πώς θα παραγόταν τελικά η τεχνητή πρωτεΐνη, εφόσον το τεχνητό γονίδιο θα έπρεπε να εισαχθεί σε κάποιον οργανισμό κατάλληλο ώστε να παραχθεί το επιθυμητό μετάξι.
Τραγική ειρωνεία αποτελεί το γεγονός ότι τη λύση στο πρόβλημα έδωσαν οι «ανταγωνιστές» των αραχνών στην παραγωγή μεταξιού, οι μεταξοσκώληκες. Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες κατάφεραν να παρέμβουν στο γενετικό υλικό των μεταξοσκωλήκων, προσθέτοντας το τεχνητό γονίδιο που είχαν κατασκευάσει, το οποίο με τη σειρά του έδινε εντολές για την παρασκευή της τεχνητής πρωτεΐνης. Έτσι, αυτό το βιοσυνθετικό μετάξι που παράγεται είναι το πρώτο που «αντιγράφει» το φυσικό μετάξι της αράχνης, όσον αφορά την αντοχή, την ανθεκτικότητα και την ελαστικότητά του.
Η ανάπτυξη λοιπόν αυτής της βιοσυνθετικής οδού, οδήγησε στην εύκολη και γρήγορη παραγωγή μεταξιού, κάτι που εξασφάλισε στο σατέν ύφασμα μια θέση στις ντουλάπες μας και τον τίτλο «κλασσική αξία»! Γι’ αυτό εσείς, οι λάτρεις του μεταξιού, ακόμα και να μην το γνωρίζατε, οφείλετε ένα μεγάλο «ευχαριστώ» στις αράχνες!
Βιβλιογραφία
Bhattacharyya, G., Oliveira, P., Krishnaji, S. T., Chen, D., Hinman, M., Bell, B., … & Jones, J. A. (2021). Large scale production of synthetic spider silk proteins in Escherichia coli. Protein Expression and Purification, 183, 105839.
Heim, M., Keerl, D., & Scheibel, T. (2009). Spider silk: from soluble protein to extraordinary fiber. Angewandte Chemie International Edition, 48(20), 3584-3596.
Meadows, R. (2014). How spiders spin silk. PLoS Biology, 12(8), e1001922.
Κωνσταντογιάννη Μαρία (2011) ΤΟ ΜΕΤΑΞΙ: ∆ΙΑΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΜΕΤΑΞΙΟΥ- ∆Ι∆ΑΚΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ
(http://www.gaiapedia.gr/gaiapedia/images/1/19/Bombyx_mori_L.pdf)