최초로 과학자들이 유전자 변형 누에를 사용하여 전체 길이의 거미줄 섬유를 생산하는 데 성공했습니다. 실크의 높은 강도와 ​​인성은 나일론과 같은 기존 합성 섬유에 대한 확장 가능하고 지속 가능하며 더 나은 대안이 될 것을 약속합니다. 제1저자인 중국 동화대학교 생명의과학공학부 연구원인 미준펑(Mi Junpeng) 연구원은 “견사는 현재 대규모로 상업화되는 유일한 동물성 실크 섬유이며 완벽한 육종 기술을 갖고 있다”며 “따라서 유전자 변형 누에를 활용해 거미 실크 섬유를 생산하면 저비용, 대규모 상업화를 이룰 수 있다”고 말했다.

누에가 고치를 뽑는 데 사용하는 섬유는 수천 년 동안 재배되어 왔지만 이 섬유는 풍부하지만 부서지기 쉬운 것으로 알려져 있습니다. 한편 거미는 부러울 만큼 질긴 실크를 생산하지만 이를 대규모로 재배하는 것은 항상 불가능했습니다. 연구자들은 "거미의 육식성 특성으로 인해 거미들이 함께 사는 것이 불가능하며, 그렇지 않으면 거의 모든 개체가 죽을 때까지 싸울 것"이라고 지적했습니다.

이 최신 연구는 이 희귀한 천연 소재가 지속 가능하게 생산되는 방식을 변화시켜 두 세계의 장점을 모두 제공합니다. 과학자들은 10년 넘게 이 생체 공학적 "레시피"를 완성하기 위해 노력해 왔습니다.

독특한 거미 감각을 가진 누에를 조작하기 위해 Mi와 동료들은 동아시아 궤도 거미 Araneus Ventricosus의 작은 실크 단백질에 중점을 두었습니다. CRISPR-Cas9 기술을 사용하여 MiSp 단백질을 누에의 DNA에 삽입하여 누에의 주요 실크 단백질을 코딩하는 유전자를 대체했습니다.

과학자들은 또한 누에의 천연 실크 생산의 다른 측면을 방해하지 않고 누에의 DNA에 있는 유전자를 "표적화"하고 성공적으로 활성화했습니다.

"이 논문에서 제안된 '포지셔닝' 개념은 제안된 최소 구조 모델뿐만 아니라 이전 연구의 주요 혁신입니다."라고 Mi는 말했습니다. "우리는 대규모 상용화가 코앞에 다가왔다고 믿습니다."

그 결과 섬유는 높은 인장 강도(1,299 MPa)와 인성(319 MJ/m3)을 나타내어 연구원들의 기대를 뛰어넘었습니다. 뿐만 아니라 섬유는 예상보다 훨씬 더 유연했습니다. MiSp 단백질은 강하지만 신축성이 없는 실크를 생산하는 것으로 알려져 있습니다.

"거미줄은 개발이 시급히 필요한 전략적 자원입니다. 이번 연구에서 생산된 섬유는 기계적 특성이 매우 높으며 이 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이 섬유는 수술용 봉합사로 사용되어 매년 전 세계적으로 3억 건 이상의 수술 요구를 충족할 수 있습니다."

새로운 섬유는 군용 스마트 소재, 항공우주 기술, 생체의학 공학, 의류 등 광범위한 상업적 잠재력을 갖고 있습니다. 이렇게 만들어진 실크는 방탄조끼에 사용되는 케블라보다 6배 더 강합니다.

이제 연구자들은 거미줄 섬유를 생산하기 위해 천연 및 가공 아미노산을 사용하는 유전자 변형 누에를 개발할 계획입니다. Mi는 "100개 이상의 가공 아미노산이 도입되면서 가공 거미줄 섬유에 무한한 잠재력이 생겼습니다."라고 말했습니다.

이 연구는 저널 Matter에 게재되었습니다.