Et skritt nærmere skuddsikker vest av edderkoppspinn

Danske forskere har kartlagt genomet til en edderkopp. Det gjør det mulig å identifisere alle proteinene som skal til for å utnytte edderkoppspinn industrielt.

Publisert
Denne vesten er laget av edderkoppsilke samlet fra inn levende edderkopper. Det største stykket av edderkoppsilke måler 3,4 meter på den ene side og 1,2 meter på den andre. Det tok 82 mennesker fire år å samle inn over en millionen edderkopper. I fremtiden kan edderkoppsilke antagelig masseproduseres, etter at danske forskere har kartlagt edderkoppens genom. (Foto: Wikimedia Commons)
Denne vesten er laget av edderkoppsilke samlet fra inn levende edderkopper. Det største stykket av edderkoppsilke måler 3,4 meter på den ene side og 1,2 meter på den andre. Det tok 82 mennesker fire år å samle inn over en millionen edderkopper. I fremtiden kan edderkoppsilke antagelig masseproduseres, etter at danske forskere har kartlagt edderkoppens genom. (Foto: Wikimedia Commons)

Edderkoppens tråder er fem ganger sterkere enn stål og tre ganger hardere enn kevlar. Derfor har det lenge vært en drøm å utnytte dem til skuddsikre vester eller wire-produkter.

Den drømmen har danske forskere nå kommet et skritt nærmere. Forskere fra Aarhus Universitet i Danmark har i samarbeid med kinesiske forskere kartlagt genomet til edderkopp i familien Eresidae.

Det gjør det nå mulig å identifisere alle de genene som skal til for å lage proteinene i edderkoppspinn.

Genene kan i fremtiden settes inn i bakterier som kan masseprodusere de ettertraktede proteinene, som senere kan bli til for eksempel skuddsikre vester.

Edderkoppspinn har også antibakteriell virkning, så det kan kanskje brukes til å lage superplaster eller kunstige sener til mennesker.

Gjør arbeidet lettere

Forskerne fra Aarhus Universitet viser hvordan edderkoppens genom ser ut, og hvordan genomet har blitt brukt til å identifisere de proteinene som inngår i edderkoppspinn.

Kjenneskap til genomet gjør arbeidet mye lettere for edderkoppforskere.

– Før var det vanskelig å identifisere de proteinene som inngår i gift eller tråder. Men med det fulle genomet vet vi nå hvordan sekvensene for disse proteinene ser ut, og det er et stort fremskritt, forteller en av forskerne, Kristian Sanggaard fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik.

Identifiserte 27 000 gener

Problemet for edderkoppforskere har hittil vært at de ikke har hatt noen referansedatabase å matche resultatene sine opp mot.

Men med det fullstendige genomet som referansedatabase kan forskerne nå sammenligne funnene sine med de 27 000 genene man nå har funnet.

Da kan forskerne regne ut hvilke proteiner genene koder for.

– Ved å identifisere edderkopproteiner som er kodet av bestemte gener, kan vi bekrefte at analysene våre er korrekte. Det er med på å styrke dataene i referansedatabasen, forklarer Sanggaard.

Finner proteinene i edderkoppspinn

Tre edderkopper er i gang med å dele en flue. Disse edderkoppene er sosiale, men de fleste andre arter spiser hverandre hvis de får mulighet. Etterkoppene i familien Eresidae kan leve i grupper på opp til 1000 individer. (Foto: Virginia Settepani)
Tre edderkopper er i gang med å dele en flue. Disse edderkoppene er sosiale, men de fleste andre arter spiser hverandre hvis de får mulighet. Etterkoppene i familien Eresidae kan leve i grupper på opp til 1000 individer. (Foto: Virginia Settepani)

De danske forskerne har også påvist at gendatabasen kan brukes til å finne ut mer om strukturen og funksjonen av forskjellige proteiner. De har blant annet identifisert alle proteinene i edderkoppens nett og gift.

Forskerne fant 18 ulike gener knyttet til edderkoppspinnet, og kombinasjonen av de forskjellige proteinene gir forskjellige typer tråder.

Edderkoppen bruker altså en bestemt type til å lage edderkoppspinnet, en til eggsekker, en til å pakke inn byttedyr, og en til å lage fallskjermtråder den bruker til å komme seg unna hvis den føler seg truet.

Forskerne vet nå hvilke proteinkombinasjoner som gir de forskjellige typene, hvordan disse proteinene ser ut, og hvilke gener som koder for dem.

Genene kan man sette inn i bakterier eller i andre organismer for masseproduksjon.

–Det er bare mulig hvis man har hele gensekvensen, forteller en annen forsker, Jesper Bechsgaard fra Institut for Bioscience ved Aarhus Universitet.

Gift må aktiveres

Undersøkelsen av edderkoppenes gift ga helt ny kunnskap.

Forskerne identifiserte noen såkalte proteaser, som kan klippe opp andre proteiner. Ved hjelp av det nye genomet oppdaget de at de antagelig ikke var beregnet til å bryte ned proteiner i byttedyret, noe som har vært den gjeldende teorien. I stedet tror Kristian Sanggaard proteasene skal aktivere giften.

– Edderkoppens gift må aktiveres. Vi tror disse proteasene i giften skal dele opp større proteiner til mindre biter, som da blir giftige, forklarer Sanggaard.

Fått hjelp av ledende forskere

De danske forskerne har fått assistanse fra kinesiske forskere fra Beijing Genomics Institute, som er ledende i verden når det gjelder genomsekvensering.

Edderkoppens genom ble delt i små stykker av 100 basepar (DNA byggesteiner), som sekvensert individuelt. Senere har forskerne satt sammen bitene som et stort puslespill, basert hvor på overlapper hverandre.

Siden mange områder har gjentakende sekvenser, har de også brukt en annen teknikk, hvor de har tatt enda større DNA-sekvenser og analysert 100 baser i hver ende.

Dermed kan de finne ut hvor i det samlede puslespillet de store sekvensene sitter, og hvor langt – og dermed hvor mange gjentakende sekvenser – det er mellom  endene.

Forteller om edderkoppens evolusjon

Edderkoppens genom brukes til å oppklare noen evolusjonære spørsmål.

Eresidae-familien er noe så sjelden som en sosial edderkopp. De fleste edderkoppene spiser hverandre hvis de får sjansen, men disse lever i kolonier på opp mot 1000 individer.

Den sosiale struktur har sikkert mange fordeler, men det er også en ulempen at nære slektninger parer seg med hverandre. Det kan skape innavl – med deformiteter og lav genetisk diversitet.

En lav diversitet er et stort problem når arter skal tilpasse seg omskiftelige miljøer.

– Vi arbeider med å forstå hvordan edderkoppene likevel kan klare seg. Genomet kan brukes til å forstå molekylærbiologien, for eksempel immunforsvaret, til edderkoppene. Det vil kanskje kunne besvare noen av de spørsmålene, sier Jesper Bechsgaard.

Referanse:

Kristian W. Sanggaard m. fl.:Spider genomes provide insight into composition and evolution of venom and silk, 2014, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms4765.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.