Phát triển loại tằm sinh học mang gen nhện cho phép kéo sợi bền gấp 6 lần

Tác giả đầu tiên Junpeng Mi, nhà nghiên cứu tại Trường Cao đẳng Khoa học Sinh học và Kỹ thuật Y tế, Đại học Donghua, Trung Quốc, cho biết: “Tằm hiện là loại sợi tơ động vật duy nhất được thương mại hóa trên quy mô lớn, với kỹ thuật chăn nuôi tốt. Do đó, việc sử dụng tằm biến đổi gen để sản xuất sợi tơ nhện cho phép thương mại hóa quy mô lớn, chi phí thấp.”

Những sợi tơ mà tằm dùng để làm kén đã được trồng hàng nghìn năm nay, nhưng dù dồi dào nhưng chúng lại rất giòn. Trong khi đó, nhện tạo ra loại tơ dai và chắc, tuy nhiên, việc nuôi dưỡng loại tơ này ở bất kỳ quy mô nào đều nằm ngoài tầm kiểm soát. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng bản chất ăn thịt đồng loại của nhện khiến cho việc nuôi nhện cùng nhau là không thể.

Nghiên cứu mới nhất đã phát triển tạo ra con tằm có giác quan nhện độc đáo, bà Junpeng Mi và các đồng nghiệp đã tập trung vào một loại protein tơ nhỏ từ Araneus ventricosus, một loài nhện dệt quả cầu được tìm thấy ở Đông Á. Sử dụng CRISPR-Cas9, protein MiSp được đưa vào DNA của tằm, thay cho gen mã hóa protein tơ chính của tằm.

Tằm biến đổi gen đã tạo ra những sợi vừa có độ bền vừa dẻo dai cao.

Các nhà khoa học cũng đã bản địa hóa với gen được kích hoạt thành công trong DNA của tằm mà không can thiệp vào bất kỳ khía cạnh nào khác trong quá trình sản xuất tơ tự nhiên của động vật.

Bà Junpeng Mi cho biết: “Khái niệm bản địa hóa được giới thiệu cùng với mô hình cấu trúc tối thiểu được đề xuất, thể hiện một sự khởi đầu đáng kể so với nghiên cứu trước đó. Chúng tôi tin tưởng rằng việc thương mại hóa quy mô lớn đang diễn ra”.

Sợi thu được đã vượt quá mong đợi của các nhà nghiên cứu, có độ bền kéo cao (1.299 MPa) và độ dẻo dai (319 MJ/m3). Không chỉ vậy, các sợi còn linh hoạt hơn nhiều so với dự kiến; protein MiSp được biết đến nhiều hơn với khả năng tạo ra loại tơ bền nhưng không co giãn.

Tơ nhện là nguồn tài nguyên chiến lược cần được khai thác cấp thiết, hiệu suất cơ học đặc biệt cao của sợi được tạo ra trong nghiên cứu này mang lại nhiều hứa hẹn trong lĩnh vực này. Loại sợi này có thể được sử dụng làm chỉ khâu phẫu thuật, đáp ứng nhu cầu toàn cầu vượt quá 300 triệu ca phẫu thuật mỗi năm. Các loại sợi mới có tiềm năng thương mại rộng lớn, bao gồm cả vật liệu thông minh cho quân đội, công nghệ hàng không vũ trụ, kỹ thuật y sinh và hàng may mặc. Loại lụa được sản xuất cứng hơn gấp sáu lần so với loại Kevlar dùng làm áo chống đạn. Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch phát triển tằm biến đổi gen để sản xuất sợi tơ nhện từ các axit amin tự nhiên và kỹ thuật.

 Hà My