Немецкие ученые вырастили в пробирке пауков со сверхспособностью. Эксперты сомневаются в безопасности открытия

В немецкой лаборатории произошло событие, способное вызвать одновременно восхищение и тревогу. Ученые впервые в мире применили технологию редактирования генома CRISPR-Cas9 к паукам. Однако, как и любое вмешательство в тонкие механизмы природы, это достижение ставит перед человечеством серьезные этические вопросы и заставляет задуматься о возможных последствиях.

Удивительные создания

Пауки, существующие на Земле около 400 миллионов лет и насчитывающие более 50 000 известных видов, давно привлекают внимание исследователей. Их эволюционный успех и разнообразие поражают воображение. Но особый интерес всегда вызывала паутина — природный материал с выдающимися характеристиками.

Некоторые виды паучьего шелка обладают прочностью на разрыв, сравнимой со сталью, при этом имея несравненное соотношение прочности к весу, а также высокую эластичность и гибкость. Эти свойства делают паучий шелк потенциально бесценным материалом для множества применений, от биомедицины до сверхпрочных композитов.

Несмотря на заманчивые перспективы, попытки «одомашнить» пауков для производства шелка, подобно тутовым шелкопрядам, до сих пор не увенчались успехом. Большинство пауков — территориальные хищники, нетерпимые к соседству себе подобных, что делает их промышленное разведение практически невозможным. В связи с этим ученые активно работают над созданием синтетических аналогов паучьего шелка, и в последние годы в этой области достигнут значительный прогресс. Однако возможность модифицировать гены, отвечающие за производство шелка, непосредственно в живых пауках открывает совершенно новые перспективы.

Именно эту задачу поставили перед собой исследователи из Университета Байройта в Германии. «Учитывая широкий спектр возможных применений, удивительно, что до сих пор не было исследований по использованию CRISPR-Cas9 у пауков», — говорит биохимик и старший автор исследования Томас Шайбель.

Как работает редактирования генома

Технология CRISPR-Cas9 позволяет ученым с высокой точностью «разрезать» геном клетки в определенных местах, удаляя или вставляя нужные генетические последовательности. Это мощный инструмент молекулярной биологии, уже нашедший применение в самых разных областях.

Поскольку прецедентов генного редактирования пауков не существовало, немецкие ученые начали с относительно простой задачи — «выключения» (нокаута) определенного гена. Для наглядности результатов они выбрали ген sine oculis, участвующий в развитии глаз у пауков. Разработанную систему CRISPR-Cas9 вводили в брюшную полость анестезированных самок обыкновенного домового паука (Parasteatoda tepidariorum). Компоненты CRISPR воздействовали на яйцеклетки паучих, и в результате, после оплодотворения, на свет появились паучата без глаз. Это подтвердило работоспособность методики.

Следующим, более сложным этапом стало вмешательство в гены, отвечающие за производство шелка. Исследователи нацелились на ген, кодирующий спидроины — основные белки паутины, содержащиеся в самом прочном типе паучьего шелка. Как и в предыдущем эксперименте, специально подготовленный раствор с компонентами CRISPR и генетической последовательностью, кодирующей красный флуоресцентный белок, был введен самкам пауков. Целью было «встроить» (нок-ин) этот ген в белковую структуру паутины.

Пауки-мутанты

Результат превзошел ожидания: некоторые из появившихся на свет паучат начали производить паутину, светящуюся красным цветом под определенным освещением. Это стало первым в мире убедительным доказательством успешного встраивания желаемой генетической последовательности в белки паучьего шелка с помощью CRISPR-Cas9.

«Мы впервые в мире продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 можно использовать для включения желаемой последовательности в белки паучьего шелка, тем самым обеспечивая функционализацию этих шелковых волокон», — заявил Шайбель.

Это достижение открывает захватывающие перспективы для материаловедения. Возможность модифицировать свойства паучьего шелка на генетическом уровне может привести к созданию материалов с заранее заданными характеристиками — например, еще более высокой прочностью, эластичностью или даже с новыми функциями, такими как биосовместимость для медицинских имплантатов или способность к самовосстановлению. Исследование также может помочь глубже понять фундаментальные механизмы производства паутины, одного из самых совершенных природных материалов.

Однако нельзя забывать и об этической стороне вопроса. Вмешательство в геном живых организмов, даже таких как пауки, требует осторожности и тщательной оценки потенциальных рисков. Вопросы биоэтики, связанные с созданием генетически модифицированных организмов и их возможным влиянием на экосистемы, остаются предметом острых дискуссий в научном сообществе и обществе в целом. Дальнейшие исследования в этой области должны сопровождаться строгим контролем и соблюдением принципов биобезопасности. Изучение долгосрочных эффектов таких модификаций и поведения измененных организмов в природе является критически важным.