أول عناكب معدلة وراثيًا تنسج حريرًا أحمر فلوريًا في طفرة علمية فريدة

حرير المستقبل يبدأ من المختبر: عناكب هندسية تُنتج أليافًا متوهجة

قام العلماء بتربية عناكب تنسج خيوطًا حمراء زاهية وفلورية، مما يثبت إمكانية إعادة هندسة حرير هذه الكائنات وراثيًا داخل أجسامها. ويمهد هذا الاكتشاف الطريق نحو ألياف مُصممة تتمتع بقوة ومرونة وكيمياء سطح قابلة للضبط.

أجرى فريق أبحاث المواد الحيوية بجامعة بايرويت التجارب، حيث استخدم نظام تحرير الجينات “كريسبر-كاس9” لإدخال جين فلوري في الحمض النووي لبروتين الحرير لدى العناكب. وتم تأكيد نجاح التعديل عندما أنتج النسل خيوطًا قرمزية.

نُشرت الدراسة في مجلة Angewandte Chemie.

لماذا يثير حرير العنكبوت اهتمام المهندسين؟

يتفوق حرير العنكبوت على العديد من الألياف الصناعية، فهو مقاوم للتمزق، ويتمدد دون أن ينكسر، وخفيف الوزن، وقابل للتحلل بيئيًا.

وإذا أمكن تعديل تركيبه الجزيئي، فقد تجمع الخيوط المستقبلية بين متانة أكبر ووظائف إضافية مثل النشاط المضاد للميكروبات أو التوصيل الكهربائي.

على مدار العقد الماضي، أصبحت تقنية “كريسبر-كاس9” أداة دقيقة في علم الأحياء الجزيئي، حيث تستهدف مواقع محددة من الحمض النووي وتتيح حذف أو إدراج تسلسلات جينية جديدة. وقد استُخدمت على نطاق واسع في النباتات والحشرات والفئران، لكن لم تُطبق من قبل على العناكب.

وقال المؤلف الرئيسي، البروفيسور توماس شايبل من جامعة بايرويت: “بالنظر إلى النطاق الواسع للتطبيقات المحتملة، من المدهش أنه لم تُجرَ دراسات حتى الآن باستخدام CRISPR-Cas9 في العناكب”.

من حقن البيض إلى الألياف المتوهجة

قام شايبل والباحث إدحاردو سانتياحو-ريفيرا بخلط مكونات التعديل الجيني مع تسلسل يرمز لبروتين فلوري أحمر، وحقنوا هذا المزيج في بيض غير مُخصب لعناكب. وبعد التزاوج، حملت الحضنة التسلسل الجديد في كل خلية منها.

وعندما نسجت العناكب الصغيرة خيوط الأمان، توهجت قرمزيًا تحت الضوء الأزرق، ما أكد نجاح إدخال الجينات.

وأضاف شايبل: “لقد أثبتنا، لأول مرة عالميًا، أنه يمكن استخدام CRISPR-Cas9 لدمج تسلسلات محددة في بروتينات حرير العنكبوت، مما يُمكننا من التحكم في وظائف هذه الألياف”.

إمكانات مستقبلية واعدة

يُعدّ استخدام كريسبر لتعديل حرير العنكبوت تقدمًا كبيرًا في علم المواد، إذ يمكن أن يُسهم في زيادة قوة الشد أو إضافة وظائف مثل التوصيل أو الحماية الدوائية.

كما يعمل البروتين الفلوري كمنارة تساعد العلماء في تتبع كيفية طي البروتين داخل الألياف، ما يُسهم في كشف العلاقة بين تركيب الحمض الأميني، وعمليات الغزل، والأداء النهائي.

ويتيح ذلك اختبار وحدات وظيفية جديدة تُغيّر خصائص الحرير، مثل لزوجته أو قدرته على حمل أدوية.

تعديل العنكبوت نفسه بدلًا من محاكاته

المحاولات السابقة اعتمدت على إنتاج الحرير صناعيًا من خلال إدخال جينات العنكبوت في بكتيريا أو نباتات أو حيوانات، لكنها لم تتمكن من محاكاة الدوران الطبيعي في الهواء. أما التعديل الجيني المباشر للعناكب فيحافظ على خط الإنتاج الطبيعي للألياف.

مخاطر بيئية وحذر علمي

تبقى هذه العناكب المعدلة محصورة داخل المختبرات، ويؤكد الباحثون أن أي إنتاج واسع النطاق يتطلب ضوابط صارمة، خاصة وأن العناكب تلعب دورًا مهمًا في التوازن البيئي.

حاليًا، ينصب التركيز على الاستخدامات المحدودة عالية القيمة، مثل الخيوط الجراحية أو النوابض الدقيقة.

نحو خيوط حرير مصممة بيئيًا

يخطط فريق بايرويت لتضمين تسلسلات جينية إضافية لتعزيز خصائص الخيوط أو منحها قدرات استشعار متقدمة، وربما ألوان متعددة لتحديد الوظائف المختلفة.

كما يأمل الباحثون في استكشاف أنواع الحرير الأخرى التي تنتجها العناكب، مثل تلك المخصصة لحماية البيض أو اصطياد الفرائس.

وبهذا، تمهد الدراسة الطريق أمام ألياف مُصممة، قابلة للتحلل، تُغزل في درجة حرارة الغرفة بواسطة عناكب مصغرة، دون الحاجة إلى مداخن أو مواد بتروكيماوية.

وفي الوقت الحاضر، يظل التوهج الأحمر الزاهي في خيوط الحرير هو البرهان الحي على أن الإمكانيات حقيقية، وأن مسيرة التطوير بدأت لتوها.