Паутинные шелка, материал паутины, – мечта инженеров-материаловедов: они могут быть прочнее стали при небольшой массе, а также могут быть более жесткими и гибкими. Паутинный шелк также не провоцирует иммунную систему человека. Некоторые даже подавляют бактерии и грибки, что делает их потенциально идеальными для хирургии и применения медицинских устройств. Эксплуатация этих природных чудес идет медленно, отчасти из-за проблем, связанных с идентификацией и характеристикой генов паучьего шелка, но исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании добились значительного прогресса в крупнейшем в истории исследовании гены паучьего шелка.
Как они сообщают сегодня в предварительной онлайн-статье в Nature GeneticsУченые из Пенсильвании и их сотрудники секвенировали полный геном паука-ткача золотых кругов ( Nephila clavipes ), плодовитого прядильщика шелка, который, как оказалось, производит 28 разновидностей протеинов шелка. Помимо каталогизации новых генов паучьего шелка, исследователи обнаружили новые закономерности в генах, которые могут помочь объяснить уникальные свойства различных типов шелка.
«В результате нашего исследования появилось так много сюрпризов: новые гены шелка, новые последовательности ДНК, которые предположительно придают прочность, прочность, эластичность и другие свойства белкам шелка; и даже шелковый протеин, производимый в ядовитых железах, а не в шелковых железах », – сказал старший автор Бенджамин Ф. Войт, доктор философии, доцент кафедры генетики, системной фармакологии и трансляционной терапии. «Вся эта новая информация должна значительно продвинуть наши усилия по отображению необычных свойств этих шелков в искусственных материалах».
Несмотря на то, что шелк пауков изучается более 50 лет, более ранние фундаментальные исследования выявили лишь сравнительную небольшую группу генов шелка. Даже недавние работы с видами с меньшим репертуаром шелка, чем у золотых ткачей, были неполными. Чтобы найти все гены шелка, скрытые в геноме золотого ткача сфер – настоящей «лабораторной крысы» науки о паутинном шелке, – потребовалось построить весь геном, что само по себе было сложной задачей.
В новом исследовании Войт и его коллеги начали с титанической задачи секвенирования и повторной сборки генома золотого ткача сфер: задачи, сравнимой с решением головоломки, состоящей из нескольких миллионов частей, с небольшими подсказками относительно того, как эти части подходят друг к другу.
В геноме золотого ткача сфер – который оказывается размером с геном человека – исследователи идентифицировали более 14 000 возможных генов, в том числе 28, которые, по-видимому, кодируют белки паучьего шелка, известные как спидроины.
Спидроины были разделены на семь категорий в зависимости от их белковых последовательностей и функций; к этим категориям относятся шелковистые телятины для обертывания добычи (и связывания партнеров для спаривания); и сверхпрочный шелк из крупных ампул, из которого паук (и Человек-паук) качаются во время работы. Однако некоторые из недавно открытых спидроинов имеют последовательности, которые не вписываются точно ни в одну из этих категорий, что позволяет предположить, что кодируемые белки шелка могут иметь новые функции или что существующие категории необходимо переопределить.
Обширный компьютерный анализ генов спидроина ткача сфер выявил около 400 коротких последовательностей, многие из которых никогда ранее не описывались, которые неоднократно появляются в этих генах с небольшими вариациями и в различных комбинациях. Эти повторяющиеся спидроиновые «мотивы» представляют большой интерес для биологов и инженеров, поскольку они, вероятно, придают ключевые свойства данного паучьего шелка, такие как высокая прочность на разрыв, гибкость или липкость. Анализ также выявил новую организацию этих мотивов более высокого порядка в группы мотивов («кассеты») и группы групп («ансамбли»).
Оставить ответ