نجح علماء من جامعة بايرويت في ألمانيا في استخدام تقنية التعديل الجيني الثورية CRISPR-Cas9 لأول مرة على العناكب، ما أدى إلى إنتاج خيوط حرير متوهجة باللون الأحمر، هذا الإنجاز العلمي غير المسبوق يعزز آفاق التطبيقات المستقبلية لحرير العنكبوت في مجالات متعددة تشمل النسيج والطب الحيوي والاستشعار المتقدم.
- الخصائص الفريدة لحرير العنكبوت
حرير العنكبوت هو من الألياف الطبيعية الاستثنائية التي لطالما أسرت العلماء بخصائصها الفريدة، فهو يتمتع بقوة شد هائلة، ومرونة عالية، وخفة وزن، كما أنه قابل للتحلل البيولوجي، هذه الصفات الفريدة تجعل من حرير العنكبوت مادة واعدة للتطبيقات المستقبلية، لا سيما إذا أمكن تعديلها وتحسينها من خلال وسائل التكنولوجيا الحيوية الحديثة.
- التغلب على تحديات إنتاج الحرير المعدل داخل العنكبوت الحي
لطالما شكّل التلاعب بإنتاج حرير العنكبوت داخل العنكبوت نفسه تحديًا كبيرًا للعلماء. غير أن فريق الباحثين بقيادة البروفيسور توماس شايفل، رئيس قسم المواد الحيوية في جامعة بايرويت، حقق تقدما هائلا باستخدام تقنية CRISPR-Cas9.
وصرّح شايفل قائلا:
"لقد أثبتنا، ولأول مرة عالميا، إمكانية إدخال تسلسل جيني محدد في بروتينات حرير العنكبوت باستخدام CRISPR-Cas9، مما يمكّننا من تعديل الخصائص الوظيفية لهذه الألياف."
- تفاصيل التجربة: تعديل جيني دقيق على عنكبوت المنزل الشائع
اختار الفريق البحثي عنكبوت المنزل الشائع (Parasteatoda tepidariorum) كنموذج تجريبي. وتضمنت الدراسة إعداد محلول خاص يحتوي على نظام تعديل جيني مدمج بتسلسل جين بروتين فلوري أحمر.
قام الباحثون بتخدير العناكب باستخدام غاز ثاني أكسيد الكربون لمنع حركتها أثناء عملية الحقن المجهري المعقدة، حيث تم حقن المحلول في بيوض إناث العناكب غير المخصبة، ثم جرى تزاوجها لاحقًا مع ذكور من النوع نفسه.
- نتيجة مذهلة: خيوط حريرية حمراء متوهجة
أظهرت النتائج أن النسل الناتج عن هذه العناكب المعدلة وراثيًا أنتج خيوط حرير متوهجة باللون الأحمر، وهو ما أكد نجاح إدخال التسلسل الجيني المطلوب ضمن بروتين الحرير.
وأضاف البروفيسور شايفل:
"إمكانية تطبيق التعديل الجيني على حرير العنكبوت تفتح آفاقًا واسعة في أبحاث علوم المواد، إذ يمكن استخدامها، على سبيل المثال، لتعزيز القوة الشديدة التي يتمتع بها حرير العنكبوت بشكل طبيعي.".
- إمكانات غير محدودة للحرير المعدل
تُعد هذه البروتينات المعدلة بمثابة مخطط أولي يمكّن من تصنيع ألياف حرير ذات خصائص جديدة ومهندسة حسب الحاجة، ويمكن لهذه التطورات أن تُحدث تحولا في العديد من الصناعات، مثل:
الأقمشة المتطورة
الغرسات الطبية الحيوية
الحساسات الخاصة
المواد المستدامة
استخدام إضافي لتقنية CRISPR-KO: فهم وظيفة الجينات في العناكب
لم يقتصر استخدام الفريق لتقنية CRISPR على إدخال الجينات فقط، بل لجأ أيضًا إلى تقنية CRISPR-KO لتعطيل بعض الجينات بهدف دراسة وظائفها.
ركز الباحثون على جين يُعرف باسم “so”، واكتشفوا أن تعطيله يؤدي إلى تطور عناكب بلا أعين، ما يؤكد دور هذا الجين في تكوين العيون لدى العناكب.
- مستقبل واعد في هندسة الألياف الحيوية
يمثل هذا الإنجاز قفزة نوعية في علم المواد الحيوية والهندسة الوراثية، حيث يفتح الباب أمام تطوير ألياف حريرية خارقة يمكن تطويعها لتخدم أغراضا متعددة، ومن شأن التقدم في هذا المجال أن يُحدث ثورة في كيفية تصميم المواد البيولوجية الذكية والمستدامة في المستقبل القريب.