Istraživači sa Univerziteta Jugozapad u Kini konstruisali su ceo sklop genoma na hromozomskom nivou i kompletan set gena za spidroin pauka koji plete zlatne kugle, Trichonephila clavata, poznatog po svojim posebno jakim mrežama zlatne boje.
Oni potvrđuju da njihov rad „Pruža višedimenzionalne podatke koji značajno proširuju znanje o generaciji paukove draglajn svile…“ i istraživači planiraju da koriste ovaj novi „molekularni atlas“ kako bi bolje razumeli kako pauci proizvode svoju svilu.
Objavljen u časopisu Nature Communications, rad opisuje korake koje su istraživači preduzeli, od hvatanja divljeg pauka do multiomske analize, u otkrivanju interakcije gena unutar glavne ampularne žlezde pauka, žlezde odgovorne za proizvodnju draglajn svile.
Spider dragline svila je pravo materijalno čudo sa mnogim potencijalnim medicinskim i industrijskim primenama. Lakši je i jači od čelika, a istovremeno zadržava elastičnu sposobnost istezanja koja je konkurentna gumi. Za razliku od mnogih sintetičkih materijala, paukova svila je netoksična, biorazgradiva i biokompatibilna, što je čini idealnim materijalom za hirurške implantate, biosenzore i rekonstrukciju tkiva.
Jedino ograničenje za usvajanje paukove svile kao zamene za dugačku listu materijala koje trenutno koristimo je koliko je teško da se proizvodi. U prošlosti je bilo napora da se proizvedu proteini u kozjem mleku od strane kompanije Nekia, i to je funkcionisalo, ali ne u obimu potrebnom za masovnu proizvodnju.
I uprkos očiglednim prednostima paukove svile, niko se nije pojačao da započne uzgoj pauka u potrebnom obimu. Istraživači očekuju da će boljim razumevanjem proizvodnje svile na molekularnom nivou kod pauka dobiti praktičan uvid koji će pomoći da se ovaj materijal bez premca plasira na tržište.
Da bi dobio genom, istraživački tim je koristio platformu Oksford Nanopore, koja može da proizvede najšira kontinualna očitavanja bilo kog sekvencera gena, kao i mašine za sekvenciranje Illumina za preciznije, ali kraće dužine hvatanja čitanja i Hi-C za mapiranje hromozoma. Kombinovanjem ova tri različita seta genomskih podataka, istraživači su bili u mogućnosti da bioinformatički rekonstruišu detaljan model sklopa genoma na hromozomskom nivou pauka i kompletan skup gena za spidroin.
Posedovanje ovih genomskih podataka omogućava uspostavljanje veza između ekspresije gena i, na kraju, proteina koji se nalaze u paukovoj svili, što je upravo ono što su istraživači uradili sledeće. Tim je izvršio analizu transkriptoma (mesnenger RNA), proteina i metabolita (signalni molekul) tri segmenta glavne ampularne žlezde; rep, vreća i kanal.
Analiza tečnom hromatografijom-masenom spektrometrijom identifikovala je 28 proteina: 10 su bili spidroini, proteini koji čine paukovu svilu, 15 su bili elementi koji čine paukovu svilu, a jedan je bio povezan sa otrovom. Sa identifikovanim ključnim komponentama, istraživači bi ih mogli rangirati prema apsolutnoj kvantifikaciji zasnovanoj na intenzitetu.
Dalja analiza im je omogućila da okarakterišu specifične biološke funkcije repa, vreće i kanala u vezi sa proizvodnjom svile na osnovu funkcije gena i genskih proizvoda. Tail omics se uglavnom bavio sintezom organskih kiselina, oni u Sac-u su se prvenstveno fokusirali na proizvodnju lipida, a Duct omics su se odnosili na razmenu jona i sintezu hitina.
Prethodna istraživanja su otkrila neke elemente otkrivene u trenutnoj studiji, ali nijedan nije sastavio celu sliku na tako potpun i sveobuhvatan način.
