انتاج خيوط العنكبوت

تتصف خيوط العنكبوت بمواصفات عدة تجعلها أكثر ملائمة للصناعة من العديد من الألياف الاخرى. فالخيوط اقوى الألياف قطرها يصل الى 1 : 10 من قطر شعرة رأس الإنسان، وتنتج العناكب الخيوط التي يهتم بها من ناحية التقنية الحيوية الانواع Araneus diadematus و Nephila clavipes والاخيرة تسمى الغزالة الذهبية، وتنتج العناكب نوعين من الخيوط وهي خيوط السحب او السدى Dragline silk وهي التي تكون دعامات الشبكة العنكبوتية وهي خيوط غير لزجة. والنوع الآخر خيوط اصطياد الحشرات فتكون لزجة. وبشكل عام تعتمد طبيعة الخيوط على تغذية العنكبوت. والخيوط الناتجة تكون مكوثرات بروتينية تنتج من الخلايا الطلائية لغدد متخصصة في العنكبوت مكونة من مكررات للحامضين الامينية الالنين والكلايسين.

وتنتج الخيوط بشكل خليط من بروتينات ذائبة ثم تنتظم في تركيب يتكون من جزء بلوري غني بالحامض الاميني الالنين (ASAAAA) المسئولة عن الوظيفة الميكانيكية للخيوط، وتكون مطمورة في أرضها غير منتظمة غنية بالكلايسين (GGYGPG) المسئولة عن مرونة الخيوط.

صفاتها واستعمالاتها

تمتاز خيوط العنكبوت وخصوصا خيوط السدى التي يهتم بها بالآتي :

• مواد قابلة للتحلل الحيوي.
• قوية جدا ورقيقة جدا ولها نسبة عالية من القوة نسبة الى الوزن لذلك فهي أقوى من الفولاذ بالنسبة للوزن، وتكون أقوى 5 أضعاف من قوة الفولاذ المساوي في القطر.

ونظرا لكون الخيوط مكونة من مكررات متشابهة اي انها متجانسة التركيب لذا تكون مفيدة في الصناعات التي تكون فيها النوعية ضرورية حيث لا يحصل التغاير بين وجبة واخرى.

وللخيوط قابلية تمدد كبيرة اذ يمكن ان تتمدد الى الضعف دون ان تنكسر اي انها خيوط مرنة وتصل مرونتها ضعف مرونة النايلون، وبذا تكون اقوى واخف من الألياف والانسجة المستعملة في صناعة ألبسة الجنود. لذا يرام استعمالها في صنع البسة وقبعات الجنود التي تصنع من عدة طبقات تصل الى 13 طبقة من الانسجة الخاصة لتكون واقية من الرصاص وكذلك يرام استعمالها في صناعة الدروع. ونظرا لقوتها وخفتها فيمكن ان تستعمل في صناعة مظلات وحبال القفز من الطائرات، اضافة الى امكانية استعمالها في صناعة هياكل الطائرات، وكذلك في صناعة شبكات الصيد البحري نظراً لمقاومته للماء. ولرفع الليف وقلة قطره فيمكن استعماله في العمليات الجراحية في العيون وغيرها من مواقع الجسم.

الحقيقة ان هذه الاستعمالات استنبطت من الاستعمالات الطبيعية والعفوية التي تمارس في المناطق التي تتوفر فيها الخيوط التي تستعمل في بعض البلدان الاسيوية في صناعة الشبك نظراً لمقاومتها للماء، كما انها تستعمل في لف وتغليف الجروح لوقف النزيف.

الهندسة الوراثية لخيوط العنكبوت

كل الصفات اعلاه ترشح الخيوط كمادة تستحق الاهتمام بها. ولكن لعدائية العناكب وصعوبة تربيتها لم تستغل مثل دودة القز (دودة الحرير)). والبروتين بسيط وتم تحديد الجينات المسئولة عن تخليقه ففي العنكبوت A. diadematus تحوي على جين ADF – 4, ADF -3 وفي العنكبوت الاخر N. clavipes فالجينات المسئولة Masp I و Masp II ، وتم تحديد تواليات القواعد النتروجينية فيها.

وقد نقلت الجينات في E. coli التي تستعمل في انتاج العديد من البروتينات العلاجية والمواد الصيدلانية، ولكن هذه الخطوة واجهتها المشاكل ومنها ان الخلايا تجمع كل من الالنين والكلايسين من الوسط المحيط ويمكن ان تموت ولكن هذه لا تعد مشكلة كبيرة، وانما كان البروتين الناتج قد تجمع في الخلايا بشكل غير ذائب من التجمعات والتكتلات، والخيوط المهندسة كانت اقل كفاءة وتحتاج الى عمليات معقدة للاستخلاص. فضلا عن ان الانتاج في البكتريا يكون قليلا وغير اقتصادي.

وادخال الجينات الى الخمائر أعطى نتائج غير مشجعة أيضاً، لذلك تم التفكير باستعمال احياء اخرى مثل النباتات او الحيوانات. ووضعت الجينات في خلايا لبائن مزروعة وهي الخطوة التي تلت استخدام الاحياء المجهرية. واستخدمت لهذا مزارع خلايا لبائن خاصة وأنتجت الخلايا التي استلمت الجين ADF – 3 بروتين بوزن جزيئي 60 كيلو دالتون ولكن النتائج لم تكن مشجعة أيضاً.

ولم تلاق عملية الانتاج النجاح الكبير عند نقل الجينات الى النباتات حيث استعملت لهذا الغرض نباتات التبغ والبطاطا. لذلك كانت اخر المحاولات هو استعمال الحيوانات اللبونة وبدأ باستعمال الماعز لهذا الغرض لأنها سهلة التربية ولا تحتاج الى مكان كبير، كما انها منتجة للحليب وهو الأهم. وحقنت الجينات في الغدد اللبنية لإنتاج الحليب الحاوي على بروتينات الخيوط، وقد اعلنت احدى الشركات الكندية المهتمة عن انتاج الخيوط في حليب الماعز واطلق عليه الفولاذ الحيوي Biosteel. وعندما يراد زيادة الانتاج يمكن ان يصار الى استعمال الغدد اللبنية للابقار. وتعد الغدد اللبنية ملائمة جدا لمثل هذه العمليات الانتاجية اذ يتم التعبير عن الجينات في الخلايا المفرزة للحليب فقط.

ويمكن استخلاص البروتين من الحليب او مزارع خلايا اللبائن بفصله بالترسيب او الطرد المركزي بعد ازالة بروتينات ودهون الحليب والمواد الاخرى وتفصل البروتينات اعتمادا على الوزن والتي يصل وزنها الى 60 – 140 كيلو دالتون. يلي ذلك اذابة البروتينات في محلول مائي معين ويدخل الى ماكنة التشكيل ويمر خلالا ثقوب صغيرة، ويبدأ بالتصلب عند تعرضه للهواء ويغمر في حمام من الكحول لزيادة تصلبه، ثم تزال الالياف الناتجة من المحلول المائي وتكون بشكل خيوط طويلة يمكن برمها وحياكتها.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .