Ученые близки к разгадке тайны прочности паутины черной вдовы

Исследователи из Северо-Западного университета и Университета штата Сан-Диего раскрыли секрет того, как черная вдова превращает белок в волокна стальной прочности. Это поможет ученым в создании таких же прочных синтетических материалов. 

Наука давно знакома с первичной последовательностью аминокислот, которые составляют белки паука, и уже знает структуру его волокон и тканей. Согласно ранним исследованиям, белок, из которого паук плетет паутину, готовится к процессу прядения в виде мельчайших амфифильных сферических мицелл (кластеры водорастворимых и нерастворимых молекул), прежде чем он направляется для образования волокон через прядильный аппарат паука. Однако, когда ученые попытались воспроизвести этот процесс, их синтетические материалы не обладали такой же прочностью.

«Мы совершенно не понимали, что происходит на наноуровне в шелковых железах или прядильном канале: как осуществляется процесс хранения, трансформации и транспортировки белков, превращающихся в волокна», — рассказывает Натан К. Джаннески (Nathan C. Gianneschi), один из авторов работы. 

Применяя технологию спектроскопии ядерного магнитного резонанса, которая также используется в МРТ, ученые смогли заглянуть внутрь белковой железы, где возникают шелковые волокна, и обнаружили там более иерархически сложный комплекс белка. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Эта «модифицированная теория мицелл» говорит о том, что белок паутины образуется не из простых сферических мицелл, как считалось ранее, а из комплексных и более сложных. Новое знание поможет ученым при искусственном создании столь впечатляющих волокон черной вдовы. 

«Теперь мы знаем, что паутина черной вдовы скручена из иерархически организованного белкового нанокомплекса (диаметром от 200 до 500 нанометров), который хранится в брюшке паука, а не из случайного решения отдельных белков или из простых сферических частиц. Практическое применение подобных волокон безгранично», — уверен Грегори П. Холланд (Gregory P. Holland), соавтор исследования.

По его словам, эта технология будет полезна и при создании высокоэффективного текстиля для военных и спортсменов, и для строительных материалов для кабельных мостов и других сооружений, и для экологически чистых аналогов пластмассы, а также может применяться в биомедицине.

«Если мы сможем искусственно синтезировать процесс производства таких прочных волокон, то значение этого открытия и его потенциальное влияние на развитие инженерии будет невозможно переоценить. Это попросту стало бы преобразующим фактором», — подчеркивает Джаннески.