Pająki, jedwab i tajemnica
Przędzenie jedwabiu pająka to fenomen, który naukowcy próbują odtworzyć od dziesięcioleci. Nowe odkrycia pokazują, jak pająki przekształcają ciekłe kropelki spidroinów w silne jak stal włókna, a to odkrycie może nie tylko pomóc w tworzeniu lepszego sztucznego jedwabiu, ale także dostarczyć nowych wskazówek do walki z chorobami neurodegeneracyjnymi.
Naprawdę, powinniśmy zazdrościć pająkom. Wyobraź sobie, że potrafisz wytwarzać jedwab jak one, wyrzucając go na boki, aby dostać się z miejsca na miejsce, zawsze mając linię bezpieczeństwa silną jak stal, albo kręcąc wygodny hamak, kiedy tylko czujesz potrzebę odpoczynku.
Zniewalające właściwości jedwabiu pająka sprawiają, że naukowcy próbują odkryć jego sekrety od dziesięcioleci.
Gdybyśmy mogli zrozumieć i odtworzyć proces jego wytwórczy, moglibyśmy wytwarzać sztuczny jedwab pająka dla wielu celów medycznych. Na przykład, sztuczny jedwab może pomóc w regeneracji nerwów łączących nasz mózg z kończynami, a także dostarczać cząsteczki leków bezpośrednio do komórek, gdzie są potrzebne.
Jedwab pająka składa się z białek zwanych spidroinami, które pająk przechowuje w specjalnej gruczołowej jedwabnicy w swoim odwłoku. Istnieje kilka rodzajów spidroinów do wytwarzania różnych rodzajów jedwabiu. Pająki przechowują je w postaci cieczy, która przypomina kropelki oleju.
Ale jednym z pytań, które do tej pory omijały naukowców, jest to, jak pająki przekształcają te ciekłe kropelki w jedwab.
Postanowiliśmy zbadać, dlaczego spidroiny formują kropelki, aby zbliżyć nas do odtworzenia procesu przędzenia pająka.
Tkając sieć
Sztuczka, której pająki używają do przyspieszenia swojego procesu przędzenia, może być wykorzystana do wytwarzania lepszego sztucznego jedwabiu, a nawet do opracowania nowych procesów przędzenia.
W 2017 roku nauczyliśmy się wytwarzać syntetyczne włókna jedwabiu, naśladując gruczoł jedwabny, ale nie wiedzieliśmy, jak to działa wewnątrz pająka. Teraz wiemy, że najpierw formowanie kropelek przyspiesza przekształcenie ich w te włókna.
Ważna wskazówka dotycząca związku między kroplami a włóknami pochodziła z nieoczekiwanego obszaru naszych badań - na chorobę Alzheimera i chorobę Parkinsona. Białka związane z tymi chorobami, zwane alfa-synukleiną i tau, mogą tworzyć miniaturowe, olejopodobne krople w komórkach ludzkich.
Tau jest białkiem, które stabilizuje wewnętrzne szkielety komórek nerwowych (neuronów) w mózgu. Ten wewnętrzny szkielet ma kształt rurki, przez którą przemieszczają się składniki odżywcze i inne niezbędne substancje, aby dotrzeć do różnych części neuronu.
W chorobie Alzheimera, nieprawidłowa forma tau gromadzi się i przywiera do normalnych białek tau, tworząc klątwy tau.
Alfa-synukleina występuje w dużych ilościach w komórkach nerwowych produkujących dopaminę. Nieprawidłowe formy tego białka są związane z chorobą Parkinsona.
Krople oleju z jednego z tych białek formującego się u ludzi, plączą się podobnie jak ugotowany spaghetti na talerzu. Początkowo białka te są elastyczne i sprężyste, podobnie jak krople oleju spidroinów.
Jednak jeśli białka pozostają zaplątane, zaczynają się sklejać, co zmienia ich kształt, przekształcając je w sztywne włókna. Mogą one być toksyczne dla ludzkich komórek - na przykład w neurodegeneracyjnych schorzeniach, takich jak choroba Alzheimera.
Jednakże, spidroiny również mogą formować krople. To skłoniło nas do zastanowienia się, czy ten sam mechanizm, który powoduje neurodegenerację u ludzi, mógłby pomóc pająkowi przekształcić ciekłe spidroiny w sztywne włókna jedwabiu.
Aby to sprawdzić, użyliśmy syntetycznej spidroiny zwanej NT2RepCT, którą mogą produkować bakterie. Pod mikroskopem mogliśmy zobaczyć, że ta syntetyczna spidroina tworzyła ciekłe krople, kiedy była rozpuszczana w buforze fosforanowym, rodzaju soli występującej w gruczole jedwabniczym pająka. Pozwoliło nam to na odtworzenie warunków przędzenia jedwabiu pająka w laboratorium.
Nauka o jedwabiu
Następnie zbadaliśmy, jak zachowują się białka spidroinów, kiedy formują krople. Aby odpowiedzieć na to pytanie, zwróciliśmy się do techniki analizy zwanej spektrometrią mas, aby zmierzyć, jak zmienia się masa białek, gdy formują krople.
Ku naszemu zdziwieniu, zobaczyliśmy, że białka spidroinów, które zwykle tworzą pary, rozdzielały się na pojedyncze cząsteczki.
Musimy jeszcze przeprowadzić więcej badań, aby dowiedzieć się, jak te krople białek pomagają pająkom prząść jedwab. Wcześniejsze badania wykazały, że spidroiny mają różne części, zwane domenami, z odrębnymi funkcjami.
Końcowa część spidroiny, zwana domeną c-terminalną, sprawia, że tworzy ona pary. C-terminal również rozpoczyna formowanie włókien, kiedy zetknie się z kwasem.
Więc stworzyliśmy spidroinę, która zawierała tylko domenę c-terminalną i przetestowaliśmy jej zdolność do tworzenia włókien.
Kiedy używaliśmy buforu fosforanowego do zaplątania białek w krople, natychmiast zamieniały się one w sztywne włókno. Kiedy dodawaliśmy kwas bez wcześniejszego tworzenia kropelek, tworzenie włókien trwało znacznie dłużej.
To ma sens, ponieważ cząsteczki spidroiny muszą znaleźć się, gdy formują włókno. Zaplątanie spidroinów jak spaghetti pomaga im szybko złożyć się w jedwab.
To odkrycie pokazuje nam, jak pająk może natychmiast przekształcić swoje spidroiny w solidną nić. Pokazuje też, jak natura wykorzystuje ten sam mechanizm, który może uczynić białka mózgowe toksycznymi, do tworzenia niektórych z jej najbardziej zdumiewających struktur.
Zaskakujące podobieństwo między przędzeniem jedwabiu pająka a toksycznymi dla ludzi włóknami mogłoby pewnego dnia prowadzić do nowych wskazówek, jak zwalczać choroby neurodegeneracyjne.
Naukowcy mogą wykorzystać badania nad jedwabiem pająka, w tym to, czego dowiedzieliśmy się o domenach jedwabiu pająka, do zapobiegania sklejaniu się białek ludzkich - aby zapobiec ich toksycznemu działaniu. Jeśli pająki potrafią utrzymać swoje lepkie białka w ryzach, być może my też się tego nauczymy.
Artykuł został opublikowany i przetłumaczony z The Conversation na mocy licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.
Anna Rising, badacz, Wydział Mikrobiologii, Onkologii i Biologii Komórek, Karolinska Institutet i Anna Rising, Badaczka w zakresie biochemii weterynarii, Karolinska Institutet
Dostawa w 3h!
Zainstaluj nasza aplikację - zamów z dostawą do domu tego samego dnia.
W aplikacji znajdziesz również przydatne rzeczy, w tym listę aktualnie pracujacych lekarzy weterynarii w Szczecinie.
Kopiowanie, reprodukcja lub dystrybucja części lub całości materiałów bez wyraźnej zgody właściciela jest ściśle zabronione i może prowadzić do konsekwencji prawnych.
9:00 - 20:00
SOBOTA10:00 - 16:00
GODZINY PRACY
9:00 - 19:00
SOBOTA10:00 - 16:00
ZAMÓWIENIA883 901 501
SKLEP91 885 31 31
Regulamin
Polityka