Η πρώτη γενετικά τροποποιημένη αράχνη παράγει λαμπερό κόκκινο μετάξι

Το μετάξι της αράχνης είναι υψηλής ποιότητας, περίπου πέντε φορές ισχυρότερο από ένα ατσάλινο καλώδιο του ίδιου βάρους, ανθεκτικό στο σχίσιμο, βιοδιασπώμενο, ελαφρύ και ελαστικό. Διόλου τυχαία, προσελκύει εδώ και δεκαετίες το ενδιαφέρον ερευνητών που επιδιώκουν να τροποποιήσουν τις ιδιότητές του για να το καταστήσουν ακόμη πιο ανθεκτικό και χρηστικό. Το λεγόμενο "super silk" θεωρείται ιδανικό για χρήση στην ιατρική, στην αεροδιαστημική, αλλά και στη βιομηχανία ένδυσης υψηλών επιδόσεων.

Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύεται στο Angewandte Chemie, Γερμανοί επιστήμονες τροποποίησαν το γονιδίωμα της αμερικανικής οικιακής αράχνης (Parasteatoda tepidariorum), ώστε να ενσωματώσει γονίδια από ειδικές πρωτεΐνες, με αποτέλεσμα το μετάξι που παράγει να φωσφορίζει με έντονο κόκκινο χρώμα. Το φαινόμενο αυτό δεν είναι απλώς εντυπωσιακό: επιτρέπει στους επιστήμονες να ανιχνεύουν εύκολα τη μεταβολή των γονιδίων και να παρακολουθούν την παραγωγή του μεταξιού.

Πρωτοποριακή εφαρμογή του CRISPR-Cas9

Το σύστημα CRISPR-Cas9 κόβει «χειρουργικά» το DNA, αφαιρώντας τμήματά του και αντικαθιστώντας τα με άλλα γονίδια. Αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της σύγχρονης βιοτεχνολογίας, παρέχοντας τεράστια ακρίβεια και ταχύτητα στη γενετική τροποποίηση οργανισμών. Στο παρελθόν, με την ίδια τεχνολογία δημιουργήθηκαν σφήκες με κόκκινα μάτια, κουνούπια ανθεκτικά στην ελονοσία και πραγματοποιήθηκε επεξεργασία ανθρώπινων κυττάρων, στο πλαίσιο πειραμάτων για τη θεραπεία γενετικών ασθενειών.

Στην περίπτωση της αράχνης, το CRISPR χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για την ενσωμάτωση ενός επιθυμητού γονιδίου το οποίο παράγει φωσφορίζουσα πρωτεΐνη – μια επιλογή που δίνει κυριολεκτικά «φως» στις δυνατότητες της τεχνολογίας. Οι ερευνητές τονίζουν πως αυτή η μέθοδος αποτελεί απόδειξη ότι το μετάξι των αραχνών μπορεί πλέον να προσαρμοστεί κατά παραγγελία, όχι μόνο ως προς τη φωτεινότητα, αλλά και ως προς τη σύσταση και τις μηχανικές του ιδιότητες.

Οι δυσκολίες της τροποποίησης αραχνών

Ο λόγος που δεν είχε αξιποιηθεί το σύστημα CRISPR-Cas9 σε αράχνες είναι ότι ο συγκεκριμένος οργανισμός είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναπαραχθεί στο εργαστήριο. Το εν λόγω είδος σύνθετο γονιδίωμα με πολλαπλά αντίγραφα γονιδίων, ενώ η κανιβαλιστική τους φύση καθιστά αδύνατη την ομαδική εκτροφή. Πρακτικά, κάθε άτομο πρέπει να απομονώνεται και να μεγαλώνει ξεχωριστά, κάτι που απαιτεί χρόνο, χώρο και υψηλό κόστος.

Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βαυαρίας κατάφεραν να μετατρέψουν την Parasteatoda tepidariorum σε πειραματόζωο πρώτης γραμμής. Το είδος αυτό επιλέχθηκε επειδή θεωρείται «ιδανικό εργαστηριακό μοντέλο» για τη μελέτη της ανάπτυξης και της γονιδιακής ρύθμισης σε αρθρόποδα. Πρόκειται για μικρή, συχνά αβλαβή αράχνη που βρίσκεται σε πολλά νοικοκυριά, και μπορεί να αναπαραχθεί ταχύτερα από άλλες συγγενικές της.

Ένεση στην καρδιά της ζωής

Το CRISPR-Cas9 σχεδιάστηκε ειδικά για να μεταφέρει το γονίδιο της φωσφορίζουσας πρωτεΐνης. Το γονιδιακό διάλυμα μεταφέρθηκε με μικροσκοπική ένεση απευθείας στα ωοκύτταρα θηλυκών αραχνών κατά την περίοδο του ζευγαρώματος. Η διαδικασία αυτή απαιτεί υψηλή ακρίβεια, καθώς τα ωοκύτταρα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα και τυχόν αστοχία μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία της διαδικασίας ή θάνατο του οργανισμού.

Οι γενετικά τροποποιημένοι απόγονοι φέρουν το νέο γονίδιο στο DNA τους και, όταν φτάνουν στην ενηλικίωση, αρχίζουν να παράγουν το φωτεινό κόκκινο μετάξι. Η επιβεβαίωση της επιτυχημένης διαδικασίας πραγματοποιήθηκε με ειδικά φίλτρα UV, για να εντοπιστεί η φωσφορίζουσα ιδιότητα.

Κόκκινο μετάξι με μεγάλες υποσχέσεις

Οι ερευνητές αναφέρουν ότι αυτή είναι η πρώτη φορά που το CRISPR-Cas9 χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ενός επιθυμητού γονιδίου με στόχο τη μεταβολή της ποιότητας και εμφάνισης του μεταξιού της αράχνης. Η επιτυχία τους ανοίγει τον δρόμο για την παραγωγή μεταξιού με νέες ιδιότητες: αυξημένη ανθεκτικότητα, ενσωματωμένες χρωστικές, ακόμα και βιοδραστικές ουσίες.

Οι πιθανές εφαρμογές του τροποποιημένου μεταξιού είναι πολλαπλές, από ράμματα που διαλύονται αυτόματα μετά από εγχειρήσεις μέχρι αλεξίσφαιρα γιλέκα και προηγμένα ιατρικά εμφυτεύματα. Ορισμένοι επιστήμονες ήδη εξετάζουν τη δυνατότητα παραγωγής μεταξιού με αντιμικροβιακές ιδιότητες, που θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμο σε γάζες και επιδέσμους.