Как паяците предат коприна?

Наистина трябва да завиждаме на паяците. Представете си да можете да правите коприна като тях, да я прехвърляте, за да стигнете от място на място, винаги да имате здраво като стомана предпазно въже или да си изплетете удобен хамак, когато имат нужда от почивка.

Нищо чудно, че заради завладяващите свойства на паяковата коприна, учените се опитват да разгадаят тайните й от десетилетия.

Ако успеем да разберем и пресъздадем процеса на предене, бихме могли да произведем изкуствена паякова коприна за редица медицински приложения, установява проучване на шведския медицински университет Karolinska Institute, коментирано от британския theconversation.com/. 

Например, изкуствената коприна може да помогне за регенерирането на нервите, които свързват мозъка и крайниците ни, и може да транспортира лекарствени молекули директно в клетките, където са необходими.

Коприната на паяка е направена от протеини, наречени спидроини, които паякът съхранява в копринена жлеза в корема си. Има няколко вида спидроин за предене на различни видове коприна. Паяците ги съхраняват като течност, наподобяваща маслени капчици.

Но един от въпросите, който досега е убягвал на учените, е как паяците превръщат тези течни капчици в коприна. Като проучим защо спидроините образуват капчици, можем да се доближим до възпроизвеждането на процеса на предене на паяк.

Тъкане на мрежа

Трикът, който паяците използват, за да ускорят процеса на предене, може да се използва за изпридане на по-добра изкуствена коприна или дори за разработване на нови процеси на предене.

През 2017 г. се научихме да правим синтетични копринени влакна, като емулирахме копринената жлеза, но не знаехме как работят нещата вътре в паяка. Сега знаем, че образуването на капчици първо ускорява превръщането им в тези влакна.

Важна следа за това как капчиците и влакната са свързани идва от неочаквана област на изследването – болестите на Алцхаймер и Паркинсон. Протеините, които участват в тези заболявания, наречени алфа-синуклеин и тау, могат да се съберат в малки, подобни на масло капчици в човешките клетки.

Тау е протеин, който спомага за стабилизирането на вътрешния скелет на нервните клетки (невроните) в мозъка. Този вътрешен скелет има подобна на тръба форма, през която хранителни вещества и други основни вещества пътуват, за да достигнат до различни части на неврона.

При болестта на Алцхаймер анормална форма на тау се натрупва и се прилепва към нормалните тау протеини, създавайки „тау заплитания“.

Алфа-синуклеинът се намира в големи количества в произвеждащите допамин нервни клетки. Анормалните форми на този протеин са свързани с болестта на Паркинсон.

Маслени капчици от един от тези протеини се образуват при хората, когато се заплитат, като варени спагети в чиния. Първоначално протеините са гъвкави и еластични, подобно на маслените капчици спидроин.

Но ако протеините останат заплетени, те се слепват, което променя формата им, превръщайки ги в твърди влакна. Те могат да бъдат токсични за човешките клетки – например при невродегенеративни състояния като болестта на Алцхаймер.

Спидроините, обаче, също могат да образуват капчици. Това ни кара да се чудим дали същият механизъм, който причинява невродегенерация при хората, може да помогне на паяка да превърне течните спидроини в твърди копринени влакна.

За да разберат, учените използват синтетичен спидроин, наречен NT2RepCT, който може да бъде произведен от бактерии. Под микроскоп може да се види, че този синтетичен спидроин образува течни капчици, когато се разтваря във фосфатен буфер, вид сол, открита в копринената жлеза на паяка. Това ни позволи да копираме условията на предене на паяжина от коприна в лабораторията.

Копринена наука

След това проучихме как действат спидроиновите протеини, когато образуват капчици. За да отговорим на този въпрос, се обърнахме към техника за анализ, наречена масспектрометрия, за да измерим как се променя теглото на протеините, когато образуват капчици. Изненадващо, спидроиновите протеини, които обикновено образуват двойки, вместо това се разделят на единични молекули.

Трябва да се работи още, за да се разбере как тези протеинови капчици помагат на паяците да предат коприна. Предишни изследвания показват, че спидроините имат различни части, наречени домейни, с отделни функции.

Крайната част на спидроина, наречена c-терминален домейн, го кара да образува двойки. С-терминалът също започва образуването на влакна, когато влезе в контакт с киселина.

И така, шведските учени правят спидроин, който съдържа само c-терминалния домейн и тестват способността му да образува влакна.Когато използват фосфатен буфер, за да заплитат протеините в капчици, те незабавно се превръщат в твърди влакна. Когато добавят киселина, без първо да направят капки, образуването на влакна отнема много повече време.

Това има смисъл, тъй като молекулите на спидроин трябва да се намират една друга, когато образуват влакно. Заплитането на спидроините като спагети им помага бързо да се съчетаят в коприна.

Това откритие ни казва как паякът може незабавно да превърне своите спидроини в твърда нишка. Също така разкрива как природата използва същия механизъм, който може да направи мозъчните протеини токсични, за да създаде някои от най-невероятните си структури.

Изненадващият паралел между преденето на паякова коприна и токсичните за хората влакна може един ден да доведе до нови ключове за това как да се борим с невродегенеративните разстройства.

Учените може да използват изследвания на паяжината, включително това, което сме научили за домейните на паяжината, за да предотвратят слепването на човешките протеини – за да не стават токсични. Ако паяците могат да се научат как да държат лепкавите си протеини под контрол, може би и ние можем.