Des scientifiques chinois ont réussi à synthétiser de la soie d’araignée à partir de vers à soie génétiquement modifiés, produisant des fibres bien plus résistantes que le Kevlar. Publié dans la revue Matière, cette étude révolutionnaire présente une alternative écologique potentielle aux fibres synthétiques commerciales. Les découvertes ont de vastes implications, allant des sutures chirurgicales aux innovations dans les domaines militaire, aérospatial et biomédical.
Des scientifiques chinois ont développé une méthode pour produire de la soie d’araignée à partir de vers à soie génétiquement modifiés, offrant une alternative solide et durable aux fibres synthétiques avec des applications dans diverses industries.
Des chercheurs ont synthétisé de la soie d’araignée à partir de vers à soie génétiquement modifiés, produisant des fibres six fois plus résistantes que le Kevlar utilisé dans les gilets pare-balles. L’étude, publiée le 20 septembre dans la revue Matière, est le premier à produire avec succès des protéines de soie d’araignée pleine longueur à l’aide de vers à soie. Les résultats démontrent une technique qui pourrait être utilisée pour fabriquer une alternative écologique aux fibres synthétiques commerciales telles que le nylon.
« La soie du ver à soie est actuellement la seule fibre de soie animale commercialisée à grande échelle, avec des techniques d’élevage bien établies », a déclaré Mi. « Par conséquent, l’utilisation de vers à soie génétiquement modifiés pour produire de la fibre de soie d’araignée permet une commercialisation à grande échelle et à faible coût. »
Image de soie en bobine forcée. Crédit : Junpeng Mi
La durabilité de la soie d’araignée
Les scientifiques considèrent la soie d’araignée comme une alternative séduisante et durable aux fibres synthétiques, qui peuvent libérer des microplastiques nocifs dans l’environnement et sont souvent produites à partir de combustibles fossiles générant des émissions de gaz à effet de serre. Mais se tourner vers la nature pour trouver des alternatives n’est pas sans défis. Les procédés précédemment développés pour filer la soie d’araignée artificielle ont eu du mal à appliquer une couche superficielle de glycoprotéines et de lipides sur la soie pour l’aider à résister à l’humidité et à l’exposition au soleil – une « couche cutanée » anti-âge que les araignées appliquent sur leurs toiles.
Les vers à soie génétiquement modifiés offrent une solution à ce problème, explique Mi, car ils recouvrent leurs propres fibres d’une couche protectrice similaire.
« La soie d’araignée constitue une ressource stratégique nécessitant une exploration urgente », a déclaré Junpeng Mi, doctorant au Collège des sciences biologiques et du génie médical de l’Université de Donghua et premier auteur de l’étude. « Les performances mécaniques exceptionnellement élevées des fibres produites dans cette étude sont très prometteuses dans ce domaine. Ce type de fibre peut être utilisé comme sutures chirurgicales, répondant ainsi à une demande mondiale dépassant 300 millions de procédures par an.
Les fibres de soie d’araignée pourraient également être utilisées pour créer des vêtements plus confortables et des types innovants de gilets pare-balles, explique Mi, et elles pourraient avoir des applications dans les matériaux intelligents, l’armée, la technologie aérospatiale et l’ingénierie biomédicale.
Fibres de soie produites par des vers à soie transgéniques. Crédit : Junpeng Mi
Processus de synthèse et défis
Pour filer la soie d’araignée à partir de vers à soie, Mi et son équipe ont introduit des gènes de protéines de soie d’araignée dans le système biologique. ADN des vers à soie afin qu’ils soient exprimés dans leurs glandes en utilisant une combinaison de la technologie d’édition génétique CRISPR-Cas9 et des centaines de milliers de microinjections dans des œufs de vers à soie fécondés. Les microinjections ont posé « l’un des défis les plus importants » de l’étude, a déclaré Mi, mais lorsqu’il a vu les yeux des vers à soie briller en rouge sous le microscope à fluorescence – signe que l’édition génétique avait réussi – il a été ravi.
« J’ai dansé et j’ai pratiquement couru jusqu’au bureau du professeur Meng Qing pour partager ce résultat », a déclaré Mi. « Je me souviens très bien de cette nuit, car l’excitation m’a empêché de dormir. »
Les chercheurs devaient également effectuer des modifications de « localisation » sur les protéines transgéniques de la soie d’araignée afin qu’elles interagissent correctement avec les protéines des glandes du ver à soie, garantissant ainsi que la fibre serait correctement filée. Pour guider les modifications, l’équipe a développé un « modèle de structure de base minimale » de la soie du ver à soie.
« Ce concept de « localisation », introduit dans cette thèse, ainsi que le modèle structurel minimal proposé, représente un changement significatif par rapport aux recherches précédentes », explique Mi. « Nous sommes convaincus qu’une commercialisation à grande échelle se profile à l’horizon. »
Perspectives d’avenir
À l’avenir, Mi prévoit d’utiliser les connaissances sur la ténacité et la résistance des fibres de soie d’araignée développées dans l’étude en cours pour développer des vers à soie génétiquement modifiés qui produisent des fibres de soie d’araignée à la fois naturelles et artificielles. acides aminés.
« L’introduction de plus d’une centaine d’acides aminés modifiés présente un potentiel illimité pour les fibres de soie d’araignée modifiées », explique Mi.
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, les projets clés de la Commission scientifique et technologique de la municipalité de Shanghai, les projets de coopération internationale de la Commission scientifique et technologique de la municipalité de Shanghai et les fonds de recherche fondamentale des universités centrales.
