قدرت مرموز تار عنکبوت

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceDaily، ابریشم عنکبوت، ماده تشکیل‌دهنده تار عنکبوت، همان موادی است که مهندسان آرزویش را دارند؛ این ابریشم قوی‌تر از فولاد و سبک‌تر از آن است و همچنین می‌تواند سخت‌تر و انعطاف‌پذیرتر باشد. ابریشم عنکبوت سیستم ایمنی بدن انسان را تحریک نمی‌کند. حتی مانع از رشد برخی از باکتری‌ها و قارچ‌ها می‌شود که آن را تبدیل به گزینه‌ای ایده‌آل برای استفاده در عمل‌های جراحی و کاربردها و ابزارآلات پزشکی می‌سازد.

تاکنون بهره‌برداری از این معجزه شگفتی‌ طبیعت به دلیل چالش‌های درگیر در شناسایی و تشخیص ژن‌های ابریشم عنکبوت آهسته پیش رفته است اما اکنون دانشمندان از دانشکده پزشکی پرلمن دانشگاه پنسیلوانیا با انجام وسیع‌ترین مطالعه درباره ژن‌های ابریشم عنکبوت باعث ایجاد پیشرفت عظیمی در این زمینه شده‌اند.

محققان توالی ژنوم کلی عنکبوت طلایی گردباف یا «Nephila clavipes» را مرتب کردند؛ مشخص شد که این عنکبوت ابریشم‌ساز پرکار قادر به تولید 28 نوع مختلف از پروتئین ابریشمی است. محققان علاوه بر فهرست کردن ژن‎های ابریشمی عنکبوت جدید، متوجه الگوهای نوینی در ژن‌ها شدند که ممکن است بتواند خواص منحصر به‌فرد انواع مختلف ابریشم را توضیح دهد.

بنجامین ویت، استاد بخش ژنتیک و سیستم فارموکولوژی، در این باره می‌گوید: «شگفتی‌های زیادی از این مطالعه حاصل شده است: ژن‌های ابریشمی جدید، توالی DNA جدید که احتمالا موجب سختی، کشش و خواص دیگر ابریشم می‌شود و حتی کشف یک پروتئین ابریشم که به جای غدد ابریشمی در غدد سمی ساخته می‌شود. این اطلاعات جدید می‌تواند باعث پیشرفت و بهبود تلاش‌های ما در به کارگیری خواص فوق‌العاده این نوع ابریشم در مواد ساخت دست بشر شود».

با وجود اینکه ابریشم عنکبوت بیش از 50 سال مورد مطالعه قرار گرفته است اما تحقیقات بنیادی پیشین تنها قادر به شناسایی تعداد انگشت‌شماری از ژن ابریشم عنکبوت بوده‌اند. حتی پژوهش‌های اخیر در مورد گونه‌هایی با مخازن ابریشمی کوچک‌تر از عنکبوت طلایی گردباف، ناقص باقی مانده‌ است. محققان برای پیدا کردن تمامی ژن‌های ابریشم پنهان‌شده در ژنوم عنکبوت طلایی گردباف، نیاز به ساخت کلی ژنوم داشتند که وظیفه بسیار خطیری است.

در پژوهش جدید، ویت و همکاران وی کار را با توالی‌سازی و بازسازی ژنوم عنکبوت طلایی گردباف شروع کردند؛ برای درک دشوار بودن این کار تصور کنید که می‌خواهید یک پازل چند میلیون تکه‌ای را کامل کنید، آن هم وقتی که تنها چند سرنخ از چگونگی قرارگیری آنها در کنار هم در دست دارید.

محققان در ژنوم عنکبوت طلایی گردباف که مشخص شد به بزرگی ژنوم انسان است، بیش از 14 هزار ژن شناسایی کردند. این ژن‌ها شامل 28 موردی که پروتئین ابریشم عنکبوت را رمزنویسی می‌کنند هم می‌شود و «اسپیدروئین» نام دارد.

طبق طبقه‌بندی توالی و عملکرد پروتیئن، اسپیدروئین‌ها یا «Spidroins» به هفت دسته تقسیم می‌شوند که شامل ابریشم خوشه‌ای برای پیچیدن شکار و ابریشم فوق‌العاده قوی کابل مانند برای تاب خوردن می‌شود. هرچند بعضی از اسپیدروئین‌های تازه کشف شده دارای توالی‌هایی هستند که در هیچ کدام از این دسته‌بندی‌ها جای نمی‌گیرد این امر بدین معناست که پروتئین‌های ابریشم کدگذاری شده دارای عملکردهای جدید هستند یا این که دسته‌بندی‌های موجود نیاز دارند دوباره تعریف شوند.

تجزیه و تحلیل محاسباتی از ژنوم اسپیدرون عنکبوت طلایی گردباف، حدودا 400 توالی کوتاه را نشان می‌دهد که بارها و بارها در این ژن‌ها، با تغییرات کوچک و در ترکیبات مختلف، تکرار شده‌اند. این واحدهای تکراری اسپیدروئین‌های به شدت مورد توجه زیست‌شناسان و محققان قرار گرفته است چراکه به احتمال زیاد آنها خواص کلیدی، مانند استحکام کششی بالا، قدرت، انعطاف و چسبندگی، را به ابریشم عنکبوت اعطا می‌کنند. نتایج حاصل از این مطالعه پیچیدگی‌هایی در تولید ابریشم را به ارمغان آورده که مورد انتظار دانشمندان نبوده است.

مترجم: هانا حیدری