Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta

Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.
Kuva osoittaa, miten valmistetaan biosynteettistä hämähäkinseittiä suurjännitteen avulla
Silkkistä lankaa tai kalvoa valmistetaan suurjännitteen avulla. Raakamateriaalia laitetaan pitkään ohueen putkeen, jonka päästä materiaali suihkuaa alumiinilla päällystetylle pinnalle muodostaen kalvon. Kuva: Nina Pulkkis.

Tiesitkö, että hämähäkkinaaras kutoo seitsemää erilaista seittiä? Ja että hämähäkkiä matkimalla ihminen on oppinut valmistamaan lähes yhtä vahvaa silkkistä materiaalia kuin hämähäkinseitti?

Hämähäkinseitin silkki rakentuu uniikista proteiinista, jonka ominaisuuksien ansiosta seitin silkki on sekä kestävää että hyvin venyvää. Seitti on yksi sitkeimmistä materiaaleista maailmassa. Aikamoista ihmeainetta siis.

Silkin tuottaminen ihmisen tarpeisiin on erityisen kiinnostavaa materiaalin loistavien ominaisuuksien takia. Tutkijoita kiinnostaa erityisesti seitti, jota hämähäkki käyttää liikkumiseen ja roikkumiseen. Se on yhtä aikaa erityisen vahvaa, jäykkää ja sitkeää kuitua.

Hämähäkin geenit tunnetaan

Hämähäkin matkiminen alkaa tutustumalla sen geeneihin, joista on olemassa paljon tietoa. Tutkijat tietävät, mikä geeneistä tuottaa seitin silkkiä. Bioteknologian kehittyminen viimeisten 20–30 vuoden aikana on puolestaan mahdollistanut sen, että tutkijat pystyvät istuttamaan tietyn geenin mikrobin soluun. Näin mikrobista saadaan hämähäkinseitin kaltaisen silkin tuottaja. Mikrobit ovat yksinkertaisia, yleensä yksisoluisia eliöitä, joita ovat esimerkiksi bakteerit, hiivat, homeet ja virukset.

Silkin tuottajamikrobina voi toimia esimerkiksi rihmasieni nimeltään Trichoderma reesei, jota on käytetty pitkään teollisten entsyymien tuottamiseen muun muassa biopolttoaineiden valmistuksessa. Luonnossa puuta hajottava sieni ei aiheuta sairauksia. Lisäksi sillä on yksi tärkeä ominaisuus: kun solu on tuottanut sisällään uutta materiaalia, se työntää valmiin aineen ulos itsestään.

Kun geeni on paikallaan solussa, se voidaan aktivoida esimerkiksi alkoholilla tai hiilihydraateilla. Geeni on lisättävä vain yhteen soluun, sillä solujen jakautuessa tutkijoilla on yhä useampi solu tuottamassa silkkimateriaalia.

Biologia tapahtuu vedessä

Mikrobit tuottavat biosynteettisen silkin bioreaktorissa, jossa on veden lisäksi sokeria, aminohappoja ja vitamiineja. Lopputuloksena on vaaleaa höytyvää, josta silkki ja solut on eroteltu toisistaan.

Prosessi ei lopu mikrobien työhön, sillä raakamateriaalia pitää vielä työstää. Tutkijat valmistavat silkkistä lankaa tai kalvoa suurjännitteen avulla. He laittavat raakamateriaalia pitkään ja ohueen putkeen, jonka päästä materiaali suihkuaa ilman läpi alumiinilla päällystetylle pinnalle ja muodostaa kalvon. Materiaali ei tuoksu miltään, ja se tuntuu sormien välissä uskomattoman silkkiseltä, pehmeältä ja joustavalta. Kuin silittäisi hyvin pehmeää, lyhytkarvaista eläintä.

Tästä kierrätettävästä biomateriaalista voisi valmistaa vaatteiden, kirurgisten ompelulankojen ja haavatyynyjen lisäksi monenlaisia esineitä kännykänkuorista lentokoneen ja auton osiin.

Artikkelia varten on haastateltu Korvaa-projektiin osallistunutta VTT:n tutkijaa Pezhman Mohammadia, joka väitteli Aalto-yliopistossa joulukuussa 2018. Aallossa hämähäkin silkkiä tutkii professori Markus Linder ja hänen tutkimusryhmänsä.

Artikkeli julkaistaan Aalto University Magazinen numerossa 25, joka ilmestyy lokakuussa 2019.

Korvaa-projektissa valmistetuissa kuulokkeissa on käytetty biosynteettisiä materiaaleja.

Korvaa-projektin valmistamien kuulokkeiden muovi- ja nahkaosat tuotettiin mikrobien avulla. Projektissa tutkittiin ja kehitettiin erilaisia mikrobiprosesseja pehmeiden, kovien, vaahtomaisten ja nahanomaisten materiaalien luomiseksi. Suunnittelijat hyödynsivät näitä materiaaleja kuulokkeiden eri osissa. Osaa materiaaleista ei ole aiemmin käytetty teollisessa muotoilussa. VTT ja Aalto-yliopisto tuottivat materiaalit, teollisesta muotoilusta vastasi Aivan ja projektivaiheiden dokumentoinnista ja kuvauksesta Fotoni Film.

Aalto University/HYBER

HYBER – Suomen Akatemian huippuyksikkö

HYBER on Suomen Akatemian Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikkö (2014–2019). HYBER yhdistää neljä tutkimusryhmää, jotka tutkivat molekyylien itsejärjestäytymistä, proteiinien geenimanipulaatiota, biomolekyylien bioteknistä valmistamista ja kasvien soluseinien materiaaleja.

Hämähäkkisilkki

Hämähäkkisilkin ja nanoselluloosan yhdistelmästä syntyi muovin haastaja

Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet ainutlaatuisen materiaalin, joka on samalla luja, jäykkä ja sitkeä.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Mika Jalava – The water we eat
Aalto Magazine, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Vesi, jonka syömme

Peräti 70 prosenttia elämälle arvokkaasta makeasta vedestä kuluu ruuantuotantoon. Ruokavalioihin tarvitaan muutoksia, jotta maapallon vesi riittää sen vauhdilla kasvavalle väestölle.
Olli Ikkala
Aalto Magazine, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Luonnosta oppija

Akatemiaprofessori Olli Ikkala kirii laboratoriossaan kiinni evoluution etumatkaa materiaalien valmistamisessa. Energiapihille yhteiskunnalle urakan tulokset voivat olla ratkaisevia.
Gerfried Stocker. Photo: Pinja Väljä
Aalto Magazine Julkaistu:

Muutoksentekoon tarvitaan luovuutta

Gerfried Stocker luotsaa maailman johtavaa taide- ja teknologiajärjestö Ars Electronicaa Itävallan Linzissä. Hänet vihittiin Aalto-yliopiston taiteen kunniatohtoriksi kesäkuun 13. päivän promootiojuhlassa.
Maria Makarow. Photo: Heli Sorjonen
Aalto Magazine, Tutkimus ja taide Julkaistu:

"Aalto on lunastanut lupauksensa ennätysajassa"

Biokeskus Suomen johtaja Marja Makarow vihittiin tekniikan kunniatohtoriksi Dipolissa järjestetyssä tohtoripromootiossa 14. kesäkuuta 2019. Tieteen kentän monitaitaja patistaa suomalaisyliopistoja kestäviin kansainvälisiin kumppanuuksiin.