Seidenraupen sind die Larven der Seidenmotte, eine von Tausenden von Insektenarten, die sich in Kokons hüllen, während sie sich auf die Metamorphose vorbereiten. Es ist eines der fleißigsten Insekten der Natur – und das einzige, das jemals domestiziert wurde.

Die Chinesen perfektionierten die Kunst, die Single zu ernten, einen halben Kilometer langen Faden, der jeden Kokon bildet, Verwandeln von Wurmseide in einen luxuriösen Stoff mindestens 5, 000 Jahren. Dr. Randy Lewis vom Department of Biological Engineering der Utah State University versucht, die alte Praxis zu verbessern – ebenso wie viele seiner Konkurrenten auf dem aufstrebenden Gebiet der Hochleistungs-Biomaterialien.

Seidenraupenseide macht wunderbare Schals und Unterwäsche, aber Biologen haben Spinnenseide schon lange im Auge. Die Netze einiger Spinnentiere haben die Zugfestigkeit von Stahl, während es vollständig elastisch bleibt. „Die Schwierigkeit besteht darin, dass Spinnen territorial und kannibalisch sind. “, sagt Lewis. „Im Gegensatz zu Seidenraupen, Sie können sie nicht einfach alle zusammenfügen und erwarten, dass sie eine nette, Fröhliches Teeservice.“ Zusamenfassend, Spinnen haben sich allen Domestikationsbestrebungen widersetzt – ganz zu schweigen davon, Wer möchte Spinnen züchten? Und durch den Dschungel zu jagen, um die besten wilden Spinnennetze zu ernten, ist nicht kosteneffektiv.

Für einen Gentechniker, der von kommerziell hergestellter Spinnenseide träumt, Es dauert nicht lange, die Punkte mit der Fügsamkeit zu verbinden, kommunale Seidenraupe. In Teilen Indiens, China und ein Großteil Südostasiens, sie werden traditionell zu Tausenden in kleinen Holzkisten in den Hütten der Landbauern aufgezogen. Der Bauer muss auch Maulbeerbäume anbauen, deren Blätter das Einzige sind, was eine Seidenraupe frisst. Während die Methoden zum Spinnen von Seidenfäden zu Stoffen in den Schoß der globalen Textilindustrie geraten sind, Die Praxis, die Würmer aufzuziehen und jeden Kokon von Hand abzuwickeln, ist von den Tentakeln der Modernisierung überraschend unberührt geblieben.

Nicht so bei Seidenraupen und ihren Genen, jedoch. Die Fütterung von Seidenraupen mit künstlichen Farbstoffen hat „vorgefärbte“ Seidenfäden erzeugt, die den kostspieligen und giftigen Seidenfärbeprozess ausschließen (anscheinend ohne den Würmern zu schaden). Forscher in Japan haben Seidenraupen entwickelt, um im Dunkeln leuchtende Fäden für den Einsatz im High-End-Modedesign zu spinnen, in der Hoffnung, einen Nischenmarkt für Seide aufzubauen, der Chinas weltweite Dominanz des Seidenhandels schwächen wird.

Die Fütterung von Seidenraupen mit künstlichen Farbstoffen hat „vorgefärbte“ Seidenfäden erzeugt, die den kostspieligen und giftigen Seidenfärbeprozess ausschließen.

Aber der heilige Gral des Seidenraupen-Gen-Spleißens besteht darin, die kleine Larve dazu zu bringen, Spinnenseide auszupumpen. eine Substanz, die in Produkte eingewebt werden kann, die Kevlar dünn aussehen lassen. Interessenten speicheln seit Jahren über die möglichen Anwendungen, die weit über Stoffe hinausgehen:Die US Navy will Spinnenseide, weil sie auf jedem Material haftet, sogar unter Wasser; durch die Integration von Seidenproteinen in die Herstellung von Türverkleidungen hofft das Energieministerium, Fahrzeuge leichter und damit kraftstoffsparender zu machen; und die Air Force stellt sich leichtes, kugelsichere Körperpanzerung, die im Kampf leichter zu manövrieren ist. Die medizinischen Anwendungen sind überall:künstliche Haut für Verbrennungspatienten, bessere Pflaster, synthetische Bänder, Mikronähte für empfindliche Organe wie die Augen und eine Vielzahl von chirurgischen Implantaten und Medikamentenabgabemechanismen.

Nach jahrzehntelanger Forschung, Bis zur Kommerzialisierung der Spinnenseide-Technologien bleiben noch einige große Hürden. „Die Würmer, die wir jetzt haben, machen in ihren Kokons etwa fünf Prozent Spinnenseide und fünfundneunzig Prozent Seidenraupenseide. “, sagt Lewis. Sie müssen einen Schwellenwert von 20 bis 30 Prozent Spinnenseidenprotein erreichen, bevor er zuversichtlich ist, dass kugelsichere Seidenwesten eine kommerziell tragfähige Realität sein könnten. Er warnt auch, dass „das Gen nicht so stabil ist, wie wir es gerne hätten … nach mehreren Generationen beginnt die Menge an Spinnenprotein zu sinken.“

Wenn er erfolgreich ist, Lewis muss sich dem FDA-Zulassungsverfahren stellen, bevor er mit der Ausweitung seines Betriebs beginnen kann. was streng ist, wenn es um gentechnisch veränderte Organismen geht. Seidenmotten wurden so lange domestiziert, dass sie nicht mehr fliegen können. was Lewis glaubt, dass die Bedenken der Öffentlichkeit oder der Aufsichtsbehörden hinsichtlich des Austritts des neuartigen genetischen Materials aus der Farm und in die Nahrungskette zerstreut werden sollten. „Sie haben diese kleinen Flügelchen und ich garantiere dir, Sie werden nie vom Boden abheben … die Wahrscheinlichkeit, dass sie in die Wildnis gelangen, ist gleich Null.“

Wenn sie für landwirtschaftliche Zwecke zugelassen waren, transgene Seidenraupen wären die erste nicht-pflanzliche Nutzpflanze, die es vom Labor aufs Feld schafft. Er räumt jedoch ein, dass die Kommerzialisierung durch das Genehmigungsverfahren vereitelt werden könnte. "Die Vorschriften, ehrlich gesagt, steifer sind, als es wissenschaftlich argumentieren würde, " er sagt.

Während das gesamte Konzept der Gentechnik zur Debatte steht, Ob für Pflanzen oder Tiere, Lewis fallen viele umweltverträgliche Gründe ein, Seidenraupen gentechnisch zu verändern. Das verbesserte Gewebe hat das Potenzial, Kunststoffe wie Nylon und Kevlar zu ersetzen. das sind Erdölprodukte. Er listet auch verschiedene industrielle Anwendungen auf, bei denen Seidenprotein zu einer rein natürlichen Alternative für Klebstoffe verarbeitet werden könnte. Gele, Beschichtungen, Schwämme und Dichtstoffe, die derzeit mit Substanzen hergestellt werden, von denen bekannt ist, dass sie umweltschädlich sind – wenn nicht sogar für die menschliche Gesundheit. Seide ist im Wesentlichen ein biokompatibles molekulares „Gerüst“, das genetisch formbar genug ist, um eine beliebige Anzahl von physikalischen oder biologischen Eigenschaften einzufügen.

„Wir sehen dies als eine ziemlich grüne Technologie, “, sagt Lewis. Ähnlich wie bei der Verwendung von GVO-Mais zur Herstellung von Biokunststoffen Lewis sieht seine Seidenapplikationen als kleinen Teil des Puzzles des Klimawandels, ihren Teil dazu beizutragen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu sequestrieren, indem „C02 genommen und zu etwas gemacht wird, das derzeit auf Erdöl basiert. Seidenraupen fressen Pflanzen, die [in] C02 aufnehmen und daraus [Seide] machen.“

Aber es kann eine Weile dauern, bis Dorfbewohner in Kambodscha Spinnenseide-emittierende Würmer züchten. wenn jemals. Auch wenn sich die Technologie am Ende als erfolgreich erweist, die Geschäftsmodelle rund um gentechnisch veränderte Organismen können kleine, Subsistenzbauern – die derzeit fast die gesamte Rohseide der Welt produzieren – vom Zugriff auf die verbesserten Seidenraupeneier ab. "Aller Wahrscheinlichkeit nach, es gäbe eine sehr begrenzte Anzahl von Erzeugern, die sehr streng kontrolliert werden würden, “ sagt Lewis über die Unternehmensstruktur, die er sich vorstellt, um die geistigen Eigentumsrechte des genetischen Materials zu schützen. "Lass uns ehrlich sein, es gibt Teile der Welt, in denen sie keine Bedenken haben würden, die Technologie selbst zu übernehmen, umzukehren und diese Produkte zu verkaufen.“

Nach Lewis’ Einschätzung Die Technologie ins Ausland zu bringen, scheint bestenfalls unwahrscheinlich. Da es in den Vereinigten Staaten derzeit keinerlei Form der kommerziellen Seidenproduktion gibt, Es stellt sich die Frage, wer die Würmer anbauen wird, wenn, und wann, Die FDA-Zulassung wird erteilt. Werden hochprofitable Spinnenseidenfarmen im Inland auftauchen?

Es ist zu früh, um zu wissen, aber wenn Spinnenseidenspinnen nicht ausgehen, Lewis hat noch einige andere Karten zu spielen. Die Straße runter vom USU-Labor, in dem das Seidenraupen-Vivarium untergebracht ist, Es gibt eine sichere Einrichtung, die eine kleine Ziegenherde beherbergt, deren Milch Spinnenseidengene enthält. Nicht weit davon befindet sich ein üppiges Luzernefeld, deren kleine ovale Blätter auch etwas Spinnentier-DNA enthalten. Auf dem Campus gibt es ein weiteres Labor, in dem Bottiche mit E. coli fermentieren. imprägniert mit den gleichen Spinnengenen (nach Dr. Lewis, FDA-Zulassungen für GV-Bakterien sind im Vergleich zu Pflanzen und Tieren ein Kinderspiel).

Faserbasierte Anwendungen wie kugelsichere Westen und militärische Fallschirme sind mit den Spinnenseidenproteinen Lewis-Extrakte aus Ziegenmilch nicht realisierbar, Luzerneheu und E. coli, viele der anderen vorgeschlagenen medizinischen und industriellen Produkte sind es jedoch. Für den Fall, dass eines der Spinnenseidenprojekte von Lewis zur Kommerzialisierung voranschreitet, es wird eine Goldgrube für die Unternehmen sein, die die Lizenzrechte erwerben. Vorteile für Landwirte, die Nahrungskette oder Ökosysteme sind weniger klar.