Biomaterijali

Pod pojmom "biomaterijali" podrazumijevamo sve one materije koji vode porijeklo od živih bića. Ovaj termin je veoma širok i pokriva zaista mnoštvo različitih materija. Milioni godina evolucije su od živog svijeta napravili čudesnu laboratoriju materijala - od paukove mreže, preko sedefa u unutrašnjosti školjki i puževa, hidrofobnih materijala koji odbijaju vode, adheziva koji dagnje proizvode kako bi se pričvrstile za stijenje, materijala koji reflektiraju svjetlo, niza biopolimera do kože ajkula koja im dalje hidrodinamičnost. Čovjek uči iz ovih i mnoštva drugih primjera i pokušava vještački dobiti te materijale ili materijale sa sličnim svojstvima. Ovi materijali se koriste u medicini, stomatologiji, građevini, nanotehnologiji, sportu te još ponegdje.

Sjećate li se scene iz filma Spider-Man 2 u kada je Spider-Man (u toj sceni bez maske, kao Peter Parker) zaustavio voz njujorške podzemne željeznice pomoću paukove mreže? Ovo bi bilo moguće, s obzirom na snagu vlakna paukove mreže. Dodatno - ako bi užad načinjena od paukove mreže bila debela kao ona na filmu, onda bi sigurno i bila jača od čelika. Naravno, na internetu ćete naći i podatke da su niti paukove mreže jače od čelika i da nisu - to sve ovisi o vrsti pauka i vrsti čelika sa kojim se jačina paukove svile poredi.

Što je vlakno duže - nit je čvršća. A najjače vlakno proizvodi pauk Caerostris darwini - svileno vlakno koje proizvodi ova vrsta je ujedino i najjači poznati biomaterijal - oko 300X je je jače i otpornije od čelika (mjereno u MJ/m3):

Izvor: Spiber Inc.

Nit koju stvara Caerostris darwini bi mogla uraditi trik iz filma Spider-Man 2.

Caerostris darwini, Photo: WikimediaCommons

...i njegova mreža via Daily mail

U suštini - nit koju žlijezde u zatku pauka luče jeste protein, baš kao i svila dudovog svilca. Na zraku ovaj protein očvrste i pauk svojim kretanjem "prede" nit. "Vještina predenja svile" je u životinjskom carstvu evoluirala u nekoliko grupa - osim paukova i svilenih buba (tj. dudovih prelaca), svilu mogu stvarati i neke pčele. 

Jedan te isti pauk može stvarati i do šest različitih vrsta svile, a različite tipove vlakana koriste u različite svrhe - recimo, vlakna za mrežu i vlakna u koje umota plijen nisu ista. Paukovi vlakna koriste ne samo za hvatanje plijena, nego i za reprodukciju - za čahure u koje polažu jaja i u kojima se razvijaju mladi pauci te kao feromonske tragove za privlačenje partnera. Neki pauci (rod Agryrodes), u periodima nestašice hrane koriste proteine svile za ishranu. Mladi pauci koriste svilu kako bi prešli određene razdaljine (ta svila je u narodu poznata kao "bablje ljeto") Sposobnost stvaranje svile predstavlja evoluciju dugu 400 miliona godina.

Specijalisti za paukove smatraju kako je gen koji kodira sintezu svile bio nekoliko puta dupliciran u evoluciji paukova. To mišljenje zasnivaju na posmatranjima - primitivni paukovi, poput tarantula, stvaraju vlakna manje izdrživosti, kao zbrčane mreže na ulazima u svoje jazbine, dok evolutivno odvedenije vrste stvaraju izdržljiviju svilu i pletu mreže mnogo komplikovanijeg dizajna.

Ljudi su veoma zainteresirani za paukovu svilu. Ovaj materijal se može koristiti za sve one stvari koje moraju biti vrlo lagane, a u isto vrijeme čvrste. Međutim, proces dobivanja ovog materijala je vrlo komplikovan. Zapravo, sa tehnološke strane, paukovi uopšte nisu upotrebljivi - ako se drže u zarobljeništvu, postaju kanibali, pa ih se mora hvatati u divljini. I to nije dovoljno - da bi se dobila nit, pauk se anestetizira (!) pa se iz njega polako izvlači nit pomoću "predilice" koja radi na motor. Ovo je je toliko glupo da nisam ni mogla bolje opisati slučaj. Na ovaj način se može dobiti oko 100 m svile od jednog pauka.

Zato su naučnici krenuli u avanturu stvaranja svile bez paukova - pomoću tehnika manipulacije genima. Tim Randolpha Lewisa, sa Utah State University je uspio storiti svilu vrste Nephila clavipes pomoću GMO bakterije Escherichia coli, pomoću koza i pomoću jedne vrste lucerke, Medicago sativa, poznate makrobiotičarima i kao alfalfa-klice. Naučnici su ubacili gen za sintezu svile ove vrste pauka u spomenute organizme i oni su sintetizirali tvar od interesa. Koze su davale mlijeko u kojem je bio ovaj protein i koji se poslije mogao izdvojiti.

Ovaj tim nije jedini koji pokušava napraviti paukovu svilu bez pauka - to pokušavaju i Spiber Inc. iz Japana, AMSilk iz Njemačke te Spiber Technologies iz Švedske. Međutim, nikome ne polazi za rukom da stvori vlakna onako otporno kao što je to prirodno vlakno. Što je neki protein veći (duži), to ga je teže proizvesti u genetički modificiranom organizmu. Također, naučnicima još nije jasno kako zapravo pauk prede nit.

Ipak, sve ove poteškoće ne zaustavljaju laboratorije da rade na razvoju vještačke paukove mreže.