Na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu trwają badania nad wykorzystaniem jednego z gatunków drożdży do produkcji… pajęczych nici. Naukowcy od lat szukają sposobu, by wytwarzać je bez udziału pająków.
Pajęcza nić to niezwykły materiał, który w naturze znany jest z wyjątkowej wytrzymałości i elastyczności: cieńsza od ludzkiego włosa, a jednocześnie mocniejsza od stali (w przeliczeniu na masę) i bardziej rozciągliwa od nylonu. Stąd jej zastosowanie w medycynie i biotechnologii. Pająków nie da się jednak „zatrudnić” do produkcji sieci, tak jak choćby jedwabników. Są terytorialne, co często prowadzi do agresji i kanibalizmu. Dlatego naukowcy od wielu lat szukają sposobu, by nici wytwarzać bez ich udziału.
Badania nad wykorzystaniem drożdży Yarrowia lipolytica do produkcji tych niezwykle wytrzymałych białek, które naturalnie są wytwarzane przez pająki, prowadzi dr Mateusz Szczepańczyk z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Dlaczego drożdże?
Spidrony, czyli białka budujące pajęcze nici, są dobrze opisane m.in. u gatunku Nephila clavipes. To właśnie genom tego pająka pozwolił dokładnie zidentyfikować sekwencje kodujące kluczowe białka MaSp1 i MaSp2, odpowiadające za wytrzymałość i elastyczność nici. Dotychczas udało się je wytworzyć w bakteriach Escherichia coli, ale przy zbyt niskiej wydajności, by mówić o realnym potencjale zastosowań. Yarrowia lipolytica daje szansę to zmienić. Jako drożdże, a więc organizm eukariotyczny, lepiej radzą sobie z dużymi białkami i genami o specyficznej budowie, typowej dla pajęczej sieci – wyjaśnia dr Mateusz Szczepańczyk.
W ramach projektu powstaną syntetyczne wersje genów MaSp1 i MaSp2, „przepisane” tak, by były jak najlepiej odczytywane przez komórki drożdży.
Mówiąc prościej, sekwencje zostaną zoptymalizowane, aby ich ekspresja zachodziła wydajniej w drożdżach, a także dodam fragment sekwencji sygnałowej, który kieruje białko do wydzielania na zewnątrz komórki oraz znacznik ułatwiający późniejsze oczyszczanie. Tak przygotowane geny trafiają do nośników DNA, które następnie wprowadza się do specjalnego szczepu Y. lipolytica pozbawionego enzymów rozkładających białka na zewnątrz komórki. Chodzi o to, by wytworzone spidroiny nie były od razu niszczone przez sam organizm – kontynuuje naukowiec.
W dalszej perspektywie uzyskane włókna będą musiały przejść szczegółową ocenę fizykochemiczną, jak pomiary wytrzymałości na rozciąganie, elastyczności, analizę średnicy i struktury molekularnej. Dopiero porównanie z naturalną pajęczą nicią i materiałami otrzymywanymi innymi metodami pokaże, czy drożdżowe spidroiny mają realny potencjał wdrożeniowy. Projekt badacza z UPWr otwiera drogę do tego, by niezwykłe właściwości pajęczej sieci wykorzystać w kontrolowanych, powtarzalnych warunkach – bez konieczności utrzymywania hodowli pająków.
Badania mają charakter pilotażowy. Ich celem nie jest gotowa technologia przemysłowa, lecz odpowiedź na kilka podstawowych pytań.
Czy Yarrowia lipolytica jest dobrym gospodarzem do produkcji białek sieci pajęczej, jakie konstrukcje genetyczne działają najlepiej i które parametry hodowli najmocniej ograniczają wydajność. Dopiero na podstawie tych wyników możliwe będzie zaplanowanie szerzej zakrojonych projektów z uwzględnieniem modyfikacji podłoża, sekwencji sygnałowych oraz wprowadzenia spidroin z różnych gatunków pająków – kończy dr Mateusz Szczepańczyk.
MK, źródło: UPWr