Mire jó a GMO? 35. – Már megint pókselyem

Egy nagyon régen követett történetünk érhet véget hamarosan, úgyhogy érdemes áttekinteni hol tart jelenleg a pókselyem felhasználása. Maga a pókselyem egy fantasztikus anyag, mivel fehérjéből áll, könnyedén lebomlik ha már nincs rá szükség, tehát megoldaná a szemétproblémánkat. E mellett a szakítószilárdsága megközelíti a csúcstechnológiának számító műszálakét, így akár golyóálló mellények készítésére is alkalmas, sőt igazából a felhasználási módjairól még csak találgathatunk, mivel egyetlen végzetes hibája azért mégiscsak akad: Pókokat nagyon nehéz (=drága) ipari körülmények között tartani, lévén ragadozók, így élő ízeltlábúakkal kellene őket eteti, saját területet tartanak fenn, ráadásul kannibálok, így nem nevelhetőek tömegben. Nem véletlen, hogy bár a pókselyem fantasztikus tulajdonságait réges-rég felismerte az emberiség, jó háromszáz éve próbálkoznak időről-időre valamilyen módon felhasználni, de egészen különleges megoldásoktól eltekintve (például lőfegyverek célkeresztjét készítették pókselyemből) nem terjedt el, a hétköznapi ember nem találkozik ezzel a reményteli anyaggal. Nem meglepő módon a biotechnológia felívelésével több megoldással is próbálkoztak az utóbbi évtizedben pókselyem előállítására, itt a blogon először hét éve írtunk ezekről, de azóta is folyamatosan beszámolunk az újabb fejleményekről. A rendszeres tárgyalás alapja egyszerűen annyi, hogy ez a terület láthatóan forrong, több cég is öldöklő versenyben próbálja elsőként hasznosítani a pókselymet, amire egyébként nem meglepő módon kereslet is mutatkozik, sportszergyártók, orvosi felszerelések készítői, de még a Pentagon is komolyan érdeklődne tonnányi mennyiségben rendelkezésre álló pókselyemért, egyelőre azonban még senkinek sem sikerült megoldani a tömegtermelést.

Alapvetően két eltérő megoldással futottak neki a problémának: Az első a technikailag egyszerűbb, gyorsabb megoldás, amikor valamilyen mikróbának a genomjába juttatják a pókselymet kódoló géneket és egy tartályban megtermeltetik vele a selyemfehérjét. Az előnye nyilvánvaló, egyszerű, gyors, könnyen engedélyeztethető, mert a GMO tilalom a legtöbb országban megkerülhető, zárt rendszerekben felhasznált mikróbákkal. A hátránya azonban később jelentkezik, mivel a megtermelt selyemfehérjét nehéz (=drága) elválasztani a többi alkotóelemtől és nehéz (=drága) fonallá szőni. Hogy számokkal is dobálózzunk, az ellenanyaggyártás során hasonló nehézségek merülnek fel, egyetlen fehérjét kell elválasztani az azt termelő sejtek fehérjetömegéből. Egyetlen milligram ellenanyag elválasztása húsz dollárcentbe kerül körülbelül. Ami nem lényeges költség, mivel egy milligram ellenanyag több száz dollárba kerül a piacon. Ellenben ha ugyanennyiért választjuk el a selyemfehérjéket is, egy átlagosan százharminc gram tömegű póló esetében csak maga a selyemfehérje tisztítása huszonhatezer dollárba kerülne, nyilvánvaló, hogy ez még luxusterméknek is fájdalmasan drága lenne. Ezért ezek a gyártók nem is igazi, tiszta pókselymet fejlesztenek, hanem olyan ruhákat mutattak eddig be, amik valamilyen más, olcsóbb szálra felvitt pókselyem fehérjéből állnak. Az amerikai Bolt Threads a saját termékét Microsilk néven reklámozza, elméletileg már 2017 -ben gyártottak ebből néhány tucat nyakkendőt, sapkát, illetve bemutattak egy-két ebből szőtt ruhát is, de valószínűleg ezeknek a gyártása még ilyen kényszerfeltételek mellett sem gazdaságos, mivel még a más szálakkal kevert Microsilk termékekből sem készült ennél a néhány mintadarabnál több. De időről-időre jelentkeznek valamilyen reklámértékű bejelentéssel, például az idén egy teniszruhát mutattak be valamilyen pókselymet is tartalmazó szálból, ami tényleg jól néz ki (ezt mutatja az első kép), de még az alkotói szerint is csak ″concept″, vagyis sorozatgyártása nem várható mostanában.

A japán Spiber cég is hasonló technológiával dolgozik, mikróbákban termelt pókselyem fehérjével kezelnek egyéb, olcsóbb szálakat, ők az idén jelentették be, hogy forgalmazni kezdik a Moon Parkát, ami az első pókselyemből készült sportkabát (második kép). A bejelentés két szépséghibája, hogy egyrészt 2015 -ben már egyszer bejelentették ugyanezt, másrészt a kabát csak a cég honlapján vásárolható sorsjeggyel elérhető, vagyis egyelőre nem úgy tűnik, mintha a közeljövőben boríthatná a világpiacot, inkább reklámnak szánhatják.

Hogy miért foglalkozok mégis ezekkel a megoldásokkal, amikor láthatóan nem mostanában kerülnek a boltokba? A szakirodalomban ugyanis egészen meglepő cikkeket közölnek le, olyan megoldásokról, amik bár pókselyem alapúak, semmi közük a szövetekben használt selyemszálakhoz. A pókselyem fehérjék ugyanis vizes oldatban maguktól is apróbb részecskékké állnak össze, ezek felhasználhatóak biomolekulák célbajuttatásához, például enzimek köthetőek hozzájuk. Megfelelő vizes oldattal egyfajta kocsonyát alakítanak ki, ami például szövetnyomtatáshoz használható. Másmilyen pufferrel vékony filmréteggé állnak össze a selyemfehérjék, amikkel elméletileg bármilyen felület beborítható (Shehata és mtsai. 2019). A pókselymet elég jól tűri az emberi szervezet, kevéssé gyulladáskeltő, így a pókok által szőtt fonalat már régen felhasználták sebészi varráshoz, de az ára és a gyakorlatilag hozzáférhetetlensége megakadályozta az elterjedését, valamint a technikai probléma, hogy a vadon élő pókokból gyűjtött selyem minősége ingadozó. Ezeket küszöböli ki a rekombináns pókselyem, korlátlan mértékben hozzáférhető, állandó minőségű, például kitűnő sebészi varrófonál készíthető belőle. Nyilván ilyen esetben egészen más kategóriákban mozog a termékek ára, orvosi célra készülő néhány töredék gram pókselyem esetén egyáltalán nem korlátoz a magas előállítási költség.

Frederiksson és munkatársai 2009 -ben rekombináns pókselyem fonalakat ültettek patkányokba és azt tapasztalták, hogy a szervezetük jól tűrte ezt az anyagot, kicsit jobban, mint a kontrollként használt hernyóselyem fonalat. Ez látható a következő képen, a bal oldalon ábrázolták a beültetett hernyóselyem fonalakat, jobb oldalon a rekombináns pókselyem fonalakat. Ráadásul a jelek szerint ez a fonal idővel eltűnik a szövetek közül, mivel fehérjéből áll, a falósejtek idővel egyszerűen bekebelezik. Észrevették, hogy mindkét selyemfonál serkentette az érkeletkezést, ez egyértelműen kívánatos minden hasonló felhasználásnál, hiszen javítják a szövetek vérellátását.

A Spiber cég svéd vállalata például orvosi fejlesztésekkel foglalkozik, a honlapjuk kevésbé látványos, egyetlen kabátot sem mutatnak be rajta, de a közleményeik között egészen elképesztő megoldások találhatóak. Chouhan én munkatársai 2018 -as közleményében például egy olyan pókselyem alapú anyagot írnak le, ami sérülések utáni bőrpótlásra lehetne alkalmas. Az alapja a már ismertetett pókselyem fehérje, ám a fehérjéket kódoló géneket kiegészítették, az egyikhez egy antimikróbiális hatású peptidet illesztettek, a másikhoz egy, a sejtek növekedését serkentő fehérjét. Így egy olyan bevonatot nyertek, ami egyszerre gátolja a baktériumok megtelepedését és serkenti az emlős sejtek osztódását, gyorsítva a sebgyógyulást. Érdekességképpen meg kell említeni, hogy ebben a megoldásban költségcsökkentési céllal hernyóból származó hernyóselyem alapra vitték fel a rekombináns pókselyem bevonatot, a mikróbákban termelt pókselyem ugyanis még mindig rendkívül drága. Az első ábrán látható, ahogy kétféle sejtvonal sejtjei (a,b: HaCaT; c,d: HDFn) betelepítik a különböző anyagokkal borított lemezeket (HP: borítás nélküli kontroll; BmSF, AaSF: Hernyóselyem borítás; FN4ARC: Rekombináns pókselyemmel borított hernyóselyem alap). Láthatóan az emlős sejtek sokkal szívesebben szaporodnak a pókselyem alapon.

Megvizsgálták azt is, hogy baktériumok milyen könnyen szaporodnak ezeken az alapokon, nem meglepő módon azt találták, hogy a rekombináns pókselyemmel (Amp/Gen: Ampicillin és gentamicin antibiotikumok; Control: Kezeletlen; BmSF, AaSF: Hernyóselyem alap; Lac-4RC, Mag-4RC: Két különböző antimikróbiális peptiddel kiegészített pókselyem fehérje) borított alapon nehezebben szaporodnak a baktériumok.

Mivel a pókselymet ilyen jól elviseli az emberi szervezet, kézenfekvő, hogy orvosi eszközök burkolására is használható, például Borkner és munkatársai 2016 -ban katétereket burkoltak pókselyemmel, azzal a kézenfekvő módszerrel, hogy a selyemfehérjéket tartalmazó oldatba mártották az eszközöket.

Tehát annak ellenére, hogy anyagi okokból vélhetőleg ruhákat nem készítenek mostanában a Spiber és a Bolt Threads rekombináns pókselyméből, de egészen más felhasználási módok során, amikhez nem kell szálat szőni a fehérjéből meglepő termékeket alkothatnak belőlük. Nem kizárt, hogy a végén orvosi eszközökön látjuk viszont a Spiber pókselymét.

Ellenben a harmadik játékos, amiről már többször írtam, a Kraig Biocraft. Ők egészen más módon láttak neki a pókselyem felhasználásának, a fehérjét kódoló géneket selyemhernyók genomjába juttatták, így a GM-selyemhernyók pókselymet termelnek, ebből szövik meg a selyemszálat, amiből a gubójukat készítik. A selyemgyártás évszázados, kiérlelt technológia, amin a világon semmit sem kell változtatni ahhoz, hogy pókselymet termeljenek, egyedül a felhasznált lepkéket cserélik le a GM-selyemlepkékre. A technológia már viszonylag régen elkészült, a GMO szabályozás nehézkessége miatt azonban lassan indul be a gyártás. Viszont ez a technológia semmivel sem drágább, mint hernyóselymet termelni, ruházati termékekhez is elég olcsó, hiszen a hernyók végzik a munka oroszlánrészét, megtermelik a selyemfehérjét, megszövik a selyemszálat.

A Kraig Biocraft végül Vietnámban épített egy gyárat, ahol idén Novemberben kelt ki az első adag kereskedelmi célú selyemlepke, őket még mind egy szálig tenyészcélokra használják majd, de ha minden jól halad, még az idén kereskedelmi forgalomba kerülhet az első adag rekombináns pókselyem. A Kraig Biocraft nem tervezi saját ruhák készítését, ők a nyers selymet tervezik eladni ruházati alapanyagként, így csak találgathatunk, hogy melyik cég milyen termékében jelenik majd meg először. Az utolsó kép anyagát a cég oldaláról emeltem át, a jelenleg is éppen bábozódó selyemhernyókat mutatja a vietnámi gyárukban.

Shehata, N., Hassounah, I., Sobolciak, P., Krupa, I., & Lewis, R. (2019). Spider silk fibers: Synthesis, characterization, and related biomedical applications. In Materials for Biomedical Engineering (pp. 289-307). Elsevier.

Fredriksson, C., Hedhammar, M., Feinstein, R., Nordling, K., Kratz, G., Johansson, J., … & Rising, A. (2009). Tissue response to subcutaneously implanted recombinant spider silk: an in vivo study. Materials, 2(4), 1908-1922.

Chouhan, D., Thatikonda, N., Nilebäck, L., Widhe, M., Hedhammar, M., & Mandal, B. B. (2018). Recombinant spider silk functionalized silkworm silk matrices as potential bioactive wound dressings and skin grafts. ACS applied materials & interfaces, 10(28), 23560-23572.

Borkner, C. B., Wohlrab, S., Möller, E., Lang, G., & Scheibel, T. (2016). Surface modification of polymeric biomaterials using recombinant spider silk proteins. ACS Biomaterials Science & Engineering, 3(5), 767-775.