Новости химической науки > Бабочки-крапивницы для производства капрона

Возможно, что результаты работы специалистов по генетической инженерии приведут к тому, что в скором времени появится второе одомашненное человеком насекомое (первое и пока единственное одомашненное насекомое – тутовый шелкопряд, а не тараканы, как кто-то мог подумать).

Исследователи из группы Никола Фламеля (Nicolas Flamel), работающего в Университете Монсегюра модифицировали генетический материал обычной бабочки-крапивницы (Nymphalis urticae) таким образом, что одна личинка за свое развитие может вырабатывать в среднем до 1500 м полиамида-6, также известного под техническим названием «капрон».

Генетически модифицированная бабочка-крапивница – кандидат на роль второго одомашненного насекомого в истории человечества

Капрон относится к синтетическим полиамидным волокнам. Многие свойства капрона, например, эластичность капрона намного выше шелка. Капроновая нить диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов. Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации.

В настоящее время большую часть капрона получают с помощью раскрытия цикла капролактама. К недостаткам этого метода можно отнести то, что, во-первых, сырьем для производства капролактама, и, следовательно капрона, является невозобновляемое химическое сырье, во-вторых, при реализации любом промышленном получении капролактама требуются токсичные материалы, образуется большое количество отходов производства и, в-третьих – для получения полноценного полимера необходима операция демономеризации – удаление мономера из полимерной массы.

Основной идеей, обусловившей направление работ Фламеля, являлось то обстоятельство, что и природные волокна, например, те, из которых тутовые шелкопряды плетут свою нить – структурно-строительный белок фиброин, и синтетические волокна – найлоны принципиально относятся к одному типу химических соединений – полиамидам. Различие заключается в том, что природные полиамиды – белки представляют собой продукты поликонденсации α-аминокислот, а найлон-6 является результатом поликонденсации ω-аминокапроновой кислоты, которая, хоть и не является протеиногенной аминокислотой, тем не менее, экспрессируется многими животными организмами, отвечая за ряд процессов обмена веществ (например, вырабатываясь в процессе окукливания гусениц чешуекрылых).

Биохимики из группы Никола Фламеля ввели лишь две модификации в геном бабочки-крапивницы. Первая модификация заключалась в значительной активации работы гена, ответственного за биосинтез ω-аминокапроновой кислоты в процессе окукливания Nymphalis urticae, вторая заключалась в перепрограммировании фермента-синтазы, отвечающего за образование амидных связей в ходе биосинтеза белка, в результате чего этот биологический катализатор получил способность ускорять реакцию гомополиконденсации ω-аминокапроновой кислоты и образованию полиамидного волокна.

Полученные в результате генетической модификации генетические линии бабочек-крапивниц в процессе окукливания вырабатывали в среднем до 1500 метров моноволокна найлона-6 с диаметром сечения 0,05 мм (рекорд составлял 2300 м). Фламель доволен полученными результатами, отмечая, что средняя длина полиамидной нити от бабочки-крапивницы практически равна рекорду длины нити шелка, вырабатываемую тутовым шелкопрядом (средняя длина нити шелка в коконе шелкопряда составляет 300-600 м). Исследователь добавляет, что бабочка-крапивница была сознательно выбрана в качестве организма для генетической модификации – при культивировании этой бабочки не потребуется изменение баланса эксплуатации сельскохозяйственных земель, задействованных в производстве продуктов питания.

Специалист по генетической инженерии животных Мирддин Эмрис (Myrddin Emrys) из Биотехнологического института города Кармартен восхищен работой Фламеля. Он добавляет, что, несмотря на большую стоимость биотехнологического получения капрона по сравнению с существующим промышленным методом, у волокон капрона, полученных их коконов бабочек-крапивниц, уже сейчас могут заинтересовать определенный сегмент потребителей – людей, предпочитающих приобретать и использовать так называемые «органические» вещества – продукты и материалы, для получения которых не использовался промышленный химический синтез.

Источник: St. Grail. Biol. Res., 2011, DOI: sgbr/1272047

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #химическая технология, #химическая эволюция, #химия полимеров