Vorų šilkas: nuvertintas, nepanaudotas ir nepasiduodantis
Nevaldomas traukinys su 500 keleivių tuoj įkris į upę. Stabdžiai užstrigę ir neveikia. Kas išgelbės keleivius? Staiga iš niekur pasirodo žmogus voras, iššauna šilko gijas priešais traukinį ir paskutinę minutę jį sustabdo. Kol žmogus voras džiaugiasi gražiausių traukinio keleivių kompanija ir herojaus šlove, šilko gijos sukuria neįtikėtinai tvirtos medžiagos įvaizdį. Vis dėl to vaikinai iš Leičesterio universiteto sugalvojo sugriauti šį mitą.
Studentai pradėjo vertinti jėgą, kurios reikia sustabdyti traukinį, t.y., 300 000 niutonų. Pagal skaičiavimus šilkui reikėjo atlaikyti 3,12 GPa tempimo jėgą. Išanalizavus vorų šilkų savybes, paaiškėjo, jog vorai gamina šilką atlaikantį nuo 1,5 – 12 GPa tempimo jėgą. Biologas William K. Purves rašo, jog pats filmas apie žmogų vorą neįtikėtinai nuvertina vorų šilko galimybes. Kad sulaikyti traukinį užtektų dar plonesnių šilko gijų!
Vorų šilkas atrodo silpnas ir skirtas nebent namų dekoracijoms. Visgi, dekoracija, kuri gali išsitempti 30% daugiau nei visų išliaupsintas nailonas, būtų naudojama mažų mažiausiai ne pagal paskirtį. Šis šilkas gali sugerti neįtikėtiną kiekį energijos bei yra neįtikėtinai lengvas! Jei palygintume plieninę armatūrą ir tokio paties skersmens šilko giją, reiktų 100 kartų daugiau energijos suplėšyti šilko gijai. Be to, reikia nepamiršti, kad vorų šilkas yra šešis kartus mažesnio tankio nei plienas, todėl paėmus tą patį armatūros strypą ir storesnę, tokio paties svorio šilko giją, šilko savybės dar labiau stebina. Nacionalinio Singapūro universiteto mokslininkas Xiang Wu priduria, jog pieštuko storio gija gali sustabdyti skrendantį Boingą.
Tai kas tada vorų šilką padoru tokiu nuostabiu? Patys šilkai yra baltymų polimerai. Vienoje 1996 metų analizėje buvo atskleista, jog šilkas yra pasikartojančių statybinių blokų, daugiausiai glicino ir alanino, grandinė. Kadangi šios aminorūgštys yra paprasčiausios ir mažiausios, jos yra labai kompaktiškos. Šių amino rūgščių stygos yra sulipintos vandeniliniais ryšiais ir taip susidėlioja į labai kompaktiškus kristališkus regijonus. Šie kieti regijonai užima tik 15% viso tūrio. Kiti regijonai sudaryti iš stambių aminorūgščių tokių kaip tirozinas ar argininas, kurie praplečia pačią medžiagą ir trukdo šilkui tapti tankesniu. Šios aminorūgštys sudaro netvarkingas amorfines zonas audinyje ir taip padaro šilką elastingu. Taigi, tokia sąveika tarp tvarkingų, kietų, tankių regionų ir netvarkingų, amorfinių, storų, lengvų regionų suteikia šilkui išskirtines savybes.
Tokios savybės kiekvienam verslininkui pažadintų „drugelius“ pilve. Dirbtinį vorų šilką būtų galima panaudoti ne tik elektronikoje ar statybose, bet ir žmogaus organizme. Ligamentai yra tam tikri jungiamieji audiniai, kurių yra žmogaus organizme. Vorų šilkas, priklausantis šiai grupei, yra 100 kartų tvirtesnis nei įprastiniai ligamentai. Keičiant ligamentus paciento kelyje, naujieji yra imami iš jo kūno, tačiau yra rizika, kad naujasis jungiamasis audinys vėl nutrūks. Vorų šilkas gali būti panaudojamas transplantuojant ligamentus ir negana to, kad jis tvirtesnis, jis yra biologiškai suderinamas ir iššaukia labai mažą imuninį atsaką, tad organizmo atmetimo rizika yra itin menka.
Tačiau viskas būtų labau gerai, jei nebūtų „bet“. Problema yra produkcija. Ir ne, vorų ferma, nėra pati geriausia idėja. Vorai tiek šilko neprigamina. (Vieno projekto metu prireikė 4 metų, 80 darbininkų ir 1 milijono vorų kad pagaminti 3×1 metro pamušalą.) Sprendžiant šitą „bet“ yra pasitelkiama genų inžinerija. Su ja yra modifikuojamos bakterijos, augalai ir net ožkos. Tačiau vorų šilko baltymų genai yra tokie dideli ir sudėtingi, kad šilko išgavimo bakterijose galimybė iš karto atkrito. Buvo bandyta vorų šilką išgauti iš augalų, tačiau susidurta su panaudojamos formos gryninimo ir išskyrimo problema, taigi augalai irgi buvo išbraukti iš sąrašo. Kaip įrodė kompanijos „Nexia“ projektas, avys yra sėkmingiausias bandymas išgauti šilką. Iterpus voro Nephila clavipes (Banana spider-angl.) genus, ožka pradėjo duoti pieno su ištirpusiais vorų šilko baltymais. Nexia mokslininkai išskyrė iš pieno baltymus ir sukurė medžiagą pavadintą „BioSteel“. Nors tyrimo rezultatai atnešė daug žadančių rezultatų, baltymų koncentracija piene buvo labai maža, o išskyrimas buvo nepakankamai efektyvus ir kompanija bankrutavo. Tačiau mokslininkai nepasidavė ir grįžę atgal į universitetą ir tęsė tyrimus su taip pavadintomis „vorinėmis avimis“.
Kai į dėmesio centrą patenka voras, kai kurie mūsų išsigąsta, kai kurie susižavi prisiminę filmų herojų, tačiau, kas galėjo pagavoti, jog šis gamtos sutvėrimas šimtus tūkstančių metų pynė vieną tvirčiausių bioorganinių medžiagų ir kuriai greitai ateis laikas pakeisti mūsų gyvenimus. Tyrimai su vorų šilku yra dar tik ankstyvoje stadijoje, ir masinės šilko gamybos per artimiausius 10 metų būtų naivu tikėtis. Tačiau atsižvelgiant į tyrimų pažangą ir tai, kad pasaulyje universitetai ir kompanijos aktyviai varžosi dėl šio šilko išgavimo technologijos, būtų adekvatu tikėtis, kad dar šiame šimtmetyje atskleisime stipriausio gamtinio audinio išgavimo paslaptis.
Šaltinis: „Spider Silk: Sronger than Steel? Nature’s Supermaterial“, Powers, Alexander, University of California, Berkeley.
Iš anglų k. vertė: Lukas Vasionis
