La soie d’araignée est l’un des matériaux naturels les plus remarquables, dotée de propriétés exceptionnelles telles qu’une haute résistance, élasticité et biocompatibilité.
Cependant, la récolte de la soie des araignées est difficile et inefficace, car les araignées sont territoriales et cannibales.
C’est pourquoi les scientifiques ont cherché des moyens de produire artificiellement de la soie d’araignée, en utilisant des méthodes telles que le génie génétique, la synthèse chimique ou la filature biomimétique.
L’une des approches les plus prometteuses consiste à utiliser des vers à soie génétiquement modifiés, déjà largement utilisés pour la production commerciale de fibres de soie.
Les vers à soie présentent de nombreux avantages par rapport aux araignées, tels qu’un élevage à grande échelle, une productivité élevée et une manipulation facile de leurs gènes.
De plus, les vers à soie sécrètent une couche protectrice de glycoprotéines et de lipides sur leurs fibres de soie, ce qui les aide à résister à la dégradation due aux facteurs environnementaux.
Comment les vers à soie ont été conçus pour produire de la soie d’araignée
Dans une étude récente publiée dans la revue Matter, des scientifiques chinois ont rapporté la première production réussie de protéines de soie d’araignée pleine longueur à l’aide de vers à soie génétiquement modifiés.
L’étude a été dirigée par Junpeng Mi, doctorant au Collège des sciences biologiques et du génie médical de l’Université de Donghua.
Les chercheurs ont utilisé une combinaison de technologie d’édition de gènes CRISPR-Cas9 et de microinjections pour introduire des gènes de protéines de soie d’araignée dans l’ADN des vers à soie.
Les gènes de la protéine de soie d’araignée proviennent de deux espèces d’araignées : Nephila clavipes et Araneus ventricosus.
Les chercheurs ont choisi ces gènes parce qu’ils codent pour la spidroïne ampullée majeure (MaSp), qui est le composant principal de la soie de dragline, le type de soie d’araignée le plus solide et le plus résistant.
Pour commencer, les chercheurs ont injecté des centaines de milliers d’œufs de vers à soie fécondés avec les gènes de la protéine de soie d’araignée, puis les ont examinés pour une intégration réussie à l’aide de la microscopie à fluorescence.
Les vers à soie qui possédaient les gènes de la protéine de soie d’araignée dans leur génome présentaient une fluorescence rouge dans leurs yeux, indiquant que l’édition génétique avait fonctionné.
Ensuite, les chercheurs ont élevé les vers à soie transgéniques et collecté leurs cocons. Ils ont extrait les fibres de soie des cocons en utilisant une méthode d’enroulement forcé, qui consiste à faire bouillir les cocons dans l’eau puis à retirer les fibres manuellement.
Ils ont analysé les fibres à l’aide de diverses techniques, telles que la microscopie électronique à balayage, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et les essais de traction.
Quels sont les avantages et les applications de la soie d’araignée des vers à soie
Les chercheurs ont découvert que les vers à soie transgéniques produisaient des fibres contenant à la fois des protéines de soie de ver à soie et des protéines de soie d’araignée.
Le rapport entre les protéines de soie d’araignée et les protéines de soie du ver à soie variait en fonction du type et du nombre de gènes de protéines de soie d’araignée insérés dans les vers à soie.
Le ratio le plus élevé atteint était d’environ 35 %, ce qui signifie que plus d’un tiers des fibres étaient composées de protéines de soie d’araignée.
De plus, les chercheurs ont découvert que les protéines de la soie d’araignée amélioraient les propriétés mécaniques des fibres.
Les fibres produites par les vers à soie transgéniques étaient six fois plus résistantes que le Kevlar utilisé dans les gilets pare-balles et avaient une résistance à la rupture et un allongement plus élevés que les fibres de soie de vers à soie normales.
Les fibres avaient également une stabilité thermique et une résistance à l’eau plus élevées que les fibres de soie de ver à soie normales.
Les chercheurs ont conclu que leur étude démontrait une technique réalisable et évolutive pour produire des fibres de soie d’araignée à l’aide de vers à soie génétiquement modifiés.
Ils ont suggéré que cette technique pourrait être utilisée pour fabriquer une alternative respectueuse de l’environnement aux fibres synthétiques commerciales telles que le nylon, qui peuvent libérer des microplastiques nocifs dans l’environnement et sont souvent produites à partir de combustibles fossiles générant des émissions de gaz à effet de serre.
Selon les chercheurs, ils envisagent diverses applications pour les fibres de soie d’araignée provenant des vers à soie, telles que les sutures chirurgicales, les gilets pare-balles, les textiles intelligents, les dispositifs biomédicaux et les matériaux aérospatiaux.
Ils ont déclaré que leur technique pourrait être encore améliorée en optimisant l’expression et la sécrétion des protéines de soie d’araignée chez les vers à soie, ainsi qu’en modifiant d’autres gènes liés à la qualité et à la performance des fibres.
L’étude a été financée par des subventions de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, de la Commission municipale des sciences et technologies de Shanghai et de l’Université Donghua.
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