לראשונה בעולם הגיעו חוקרים מהאוני'העברית ומגרמניה לייצור עצמי של קורי עכביש

בעתיד עשויים הסיבים לשמש לייצור אפודי מגן, חוטי תפירה כירורגית, מיקרו-מוליכים, סיב אופטי, ציוד לחכות דיג ובגדים. מאמר על מחקרם מתפרסם בכתב העת Current Biology

תמונה 1: מימין – סיבים שנוצרו בתאי חרק; משמאל – רשת עכביש הצלב (באדיבות האוניברסיטה העברית). תמונה 2 ׁ(התמונה השמאלית): רשת עכביש הצלב (באדיבות: Current Biology וכותבי המאמר).

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/spider241104.html

משי המופק מגלמים של 'תולעי' משי נמצא בשימוש האדם זה אלפי שנים; משי העכביש המרכיב את רשתות העכביש חזק ממנו משמעותית. אולם העכביש, שלא כמו תולעי המשי, הוא חיה טריטוריאלית שאינה אוהבת לגדול בצוותא ולכן גם אינה ניתנת לביות ולגידול תעשייתי בחוות.

מדענים ניסו ליצור קורי עכביש באמצעות הנדסה גנטית – בלא תלות בעכביש – על ידי ייצור החלבונים האחראים ליצירת הקורים ביצורים כמו חיידקים, שמרים, צמחים ותאי יונקים (בתרבית רקמה). אך הניסיונות ליצור בהם סיבים המשתווים בתכונותיהם לקורי העכביש לא צלחו.

לראשונה בעולם הצליח צוות מחקר ישראלי-גרמני להגיע לייצור ספונטני של קורי עכביש בתאי חרקים. החלבונים המהונדסים שייצרו החוקרים התארגנו בעצמם לסיבים בעלי תכונות המשתוות לסיבים שטווה העכביש. ייצור המוני של סיבים יוכל בעתיד לשמש בתעשייה לתחומים הדורשים גדלים מזעריים. חברת יישום למו”פ של האוניברסיטה העברית ושותפיה מגרמניה מטפלים במסחור הפרויקט.

במחקר שארך כשנתיים השתתפו: ד”ר אורי גת, חוקר בתחום הביולוגיה ההתפתחותית; הדוקטורנט שמוליק יטאח ועוזרת המחקר שולה כהן, מהמחלקה לביולוגיה של התא ושל בע”ח במכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית בירושלים; ד”ר תומס שייבל (Scheibel) ותלמיד המחקר דניאל הימריש (Huemmerich), ביו-פיזיקאים מהאוניברסיטה הטכנית של מינכן; הזואולוג פריץ וולרת' (Vollrath) מאוקספורד. מאמר על מחקרם יתפרסם בכתבת שער בכתב העת Current Biology (23.11.04).

קורי העכביש עשויים מחלבונים מיוחדים היוצרים את הסיבים. החוקרים השתמשו בקטעי גנים של עכביש הצלב (Araneus diadematus) האחראים על קידוד חלבונים מייצגים לחלבוני רשת העכביש.

העכביש טווה את רשתו בסיבים מסוגים שונים ובהם סיב המסגרת (Dragline Silk). סיב זה מתאפיין בקשיחות בסיסית גבוהה ובאלסטיות רבה, הוא חזק יותר (עד פי 6) מניילון ומפלדה (באותו עובי) ומשמש את העכביש כחוט הצלה בעת נפילה. סיב המסגרת מורכב בעיקר משני חלבונים מבניים בעלי רצף דומה ADF3 ו-ADF4 המיוצרים על ידי בלוטה בבטן העכביש ומופרשים ממנה אל מחוץ לגוף העכביש כדי ליצור את הסיב. המסלול שעוברים החלבונים מרגע ייצורם עד להפרשתם כסיב והסיבּה לקיומם של שני חלבונים לא היו מובנים לחוקרים. את הגנים המקודדים לשני החלבונים החדירו החוקרים לגנום של וירוס התוקף חרקים בשם baculovirus. בווירוסים המהונדסים לייצור החלבונים של סיבי העכביש הדביקו תאים הגדלים בתרבית שמקורם בזחל של חֶרֶק דמוי טוואי התהלוכה.

“העכביש והחרקים שייכים שניהם למערכת פרוקי הרגליים. מאחר שיש ביניהם קרבה גנטית גבוהה יותר מאשר בין העכביש ליצורים הקודמים שנעשה בהם שימוש עד כה, חשבנו לנסות ולייצר את סיבי העכביש דווקא בתאי חרקים”, אומר ד”ר אורי גת מהאוניברסיטה העברית. “לשם כך השתמשנו במערכת להפקת חלבונים בכמויות גדולות המבוססת על הדבקה של תאי חרק בווירוס לצורך ייצור חלבון”.

הווירוסים המהונדסים הכילו גם את הגנים המקודדים לחלבונים ADF3, ADF4. לאחר הדבקת תאי החרק בווירוס, מערכות התא משתעבדות לייצור החלבונים (המקודדים על ידי הגנים של הווירוס) ומייצרות את החלבונים ה”עכבישיים”. החוקרים הבחינו כי בתוך תאי החרק המודבקים נוצרו ספונטנית סיבים הבנויים מחלבון ADF4. הסיבים היו אחידים בקוטרם ודומים לקוטר הסיבים שמייצר העכביש. בחינת תכונות העמידוּת הכימית של הסיב שנוצר העלתה כי הוא שווה ולעתים אף עולה על סיב המסגרת הטבעי. לעומתו, נמצא החלבון ADF3 מסיס ולא יצר בעצמו או לא השתתף ביצירת מבני הסיבים החלבוניים.

החוקרים משערים כי השונות בהתנהגות החלבונים חושפת רובד נוסף של תחכום סיבי העכביש. ייתכן שחלבון אחד (ADF4) מאפשר את היצירה המהירה של הסיב ואילו האחר (ADF3) מבקר את פעילותו ומונע יצירת סיב מוקדמת מדי העלולה להיות קטלנית לעכביש. עתה הם מקווים לצאת מגבולות נפח תא החרק ולשחזר את התנאים ליצירה ספונטנית של סיבים – מהחלבונים המהונדסים ומגרסאות שונות ומשופרות שלהם – בדרך לייצור המוני של סיבים.

“המחקר אִפשר לנו לבחון את הקשרים ההדוקים הקיימים בין רצף החלבון, מבנהו ותפקודו”, אומר ד”ר אורי גת. “מבחינה יישומית, ייצור המוני של סיבים, שעובי האחד אלפית המילימטר, עשוי לשמש בעתיד לייצור של אפודי מגן, חוטי תפירה כירורגית, מיקרו-מוליכים, סיב אופטי, ציוד לחכות דיג ואפילו סוג חדש של בגדים”.
ידען הגנום – הנדסה גנטית – בעלי חיים

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~12238757~~~64&SiteName=hayadan