पहली बार, वैज्ञानिकों ने आनुवंशिक रूप से संशोधित रेशमकीटों का उपयोग करके पूर्ण लंबाई वाले मकड़ी रेशम के रेशों का सफलतापूर्वक उत्पादन किया है। रेशम की उच्च शक्ति और कठोरता नायलॉन जैसे मौजूदा सिंथेटिक फाइबर के लिए एक स्केलेबल, टिकाऊ और बेहतर विकल्प होने का वादा करती है। चीन में डोंगहुआ विश्वविद्यालय में स्कूल ऑफ बायोसाइंस एंड मेडिकल इंजीनियरिंग के एक शोधकर्ता, पहले लेखक एमआई जुनपेंग ने कहा: "रेशम रेशम वर्तमान में एकमात्र पशु रेशम फाइबर है जिसका बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण किया जाता है और इसमें उत्तम प्रजनन तकनीक है। इसलिए, मकड़ी रेशम फाइबर का उत्पादन करने के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित रेशमकीट का उपयोग करके कम लागत, बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण प्राप्त किया जा सकता है।"
रेशम के कीड़े अपने कोकून को घुमाने के लिए जिस रेशे का उपयोग करते हैं, उसकी खेती हजारों वर्षों से की जा रही है, लेकिन हालांकि यह रेशा प्रचुर मात्रा में है, फिर भी इसे भंगुर होने के लिए जाना जाता है। इस बीच, मकड़ियाँ बेहद सख्त रेशम का उत्पादन करती हैं, लेकिन बड़े पैमाने पर इसकी खेती करना हमेशा से ही पहुंच से बाहर रहा है। शोधकर्ताओं ने बताया कि "मकड़ियों की मांसाहारी प्रकृति के कारण मकड़ियों का एक साथ रहना असंभव हो जाता है, अन्यथा लगभग सभी व्यक्ति मौत से लड़ेंगे।"
यह नवीनतम शोध दोनों दुनियाओं का सर्वश्रेष्ठ प्रदान करता है, जिससे इस मायावी प्राकृतिक सामग्री के निरंतर उत्पादन के तरीके में बदलाव आता है। वैज्ञानिक एक दशक से भी अधिक समय से इस बायोनिक "नुस्खे" को बेहतर बनाने की कोशिश कर रहे हैं।
अद्वितीय मकड़ी इंद्रियों के साथ रेशम के कीड़ों को इंजीनियर करने के लिए, एमआई और उनके सहयोगियों ने पूर्वी एशियाई परिक्रमा करने वाली मकड़ी एरेनियस वेंट्रिकोसस से एक छोटे रेशम प्रोटीन पर ध्यान केंद्रित किया। CRISPR-Cas9 तकनीक का उपयोग करके, MiSp प्रोटीन को रेशमकीटों के डीएनए में डाला गया, जिससे रेशमकीटों के मुख्य रेशम प्रोटीन को एन्कोड करने वाले जीन की जगह ले ली गई।
वैज्ञानिकों ने रेशमकीट के प्राकृतिक रेशम उत्पादन के किसी भी अन्य पहलू में हस्तक्षेप किए बिना "लक्ष्यीकरण" हासिल किया और रेशमकीट के डीएनए में जीन को सफलतापूर्वक सक्रिय किया।
"इस पेपर में प्रस्तावित 'पोजिशनिंग' अवधारणा, साथ ही प्रस्तावित न्यूनतम संरचनात्मक मॉडल, पिछले शोध से एक बड़ी सफलता है," एमआई ने कहा। "हमारा मानना है कि बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण निकट ही है।"
परिणामी फाइबर उच्च तन्यता ताकत (1,299 एमपीए) और कठोरता (319 एमजे/एम3) का प्रदर्शन करते हुए शोधकर्ताओं की अपेक्षाओं से अधिक हो गए। इतना ही नहीं, फाइबर अपेक्षा से कहीं अधिक लचीला था; MiSp प्रोटीन रेशम के उत्पादन के लिए जाना जाता है जो मजबूत तो होता है लेकिन लचीला नहीं होता।
"स्पाइडर सिल्क एक रणनीतिक संसाधन है जिसे तत्काल विकास की आवश्यकता है। इस अध्ययन में उत्पादित फाइबर में अत्यधिक उच्च यांत्रिक गुण हैं और इस क्षेत्र में इसकी काफी संभावनाएं हैं। इस फाइबर का उपयोग हर साल दुनिया भर में 300 मिलियन से अधिक सर्जरी की जरूरतों को पूरा करने के लिए सर्जिकल टांके के रूप में किया जा सकता है।"
नए फाइबर में व्यापक व्यावसायिक क्षमता है, जिसमें सेना के लिए स्मार्ट सामग्री, एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और कपड़े शामिल हैं। परिणामस्वरूप रेशम बुलेटप्रूफ जैकेट में इस्तेमाल होने वाले केवलर से छह गुना अधिक मजबूत होता है।
शोधकर्ता अब आनुवंशिक रूप से संशोधित रेशमकीट विकसित करने की योजना बना रहे हैं जो मकड़ी रेशम फाइबर का उत्पादन करने के लिए प्राकृतिक और इंजीनियर अमीनो एसिड का उपयोग करते हैं। एमआई ने कहा: "सौ से अधिक इंजीनियर अमीनो एसिड की शुरूआत ने इंजीनियर स्पाइडर रेशम फाइबर में असीमित क्षमता ला दी है।"
यह शोध मैटर जर्नल में प्रकाशित हुआ था।