アメリカの研究者が蜘蛛糸の強度形成メカニズムを明らかに

蜘蛛糸の引張強度は毎平方ミリメートルあたり150ニュートンに達し、破断する前にこの引張力に耐えることができる。研究者たちは、各蜘蛛が生産する糸の量が相対的に少ないため、人工的に蜘蛛糸を生産する方法を探求している。重要な課題は、蜘蛛の特化した腺体に含まれる液体糸タンパク質を実際の繊維に変換することである。

蜘蛛糸は、これらの節足動物が生成する生物材料であり、主に線状の繊維の形で存在し、高い弾性と鋼材に匹敵する強度を持つ。この糸の興味深い点は、さまざまな形態が存在し、それぞれ特定の用途があることである。細い糸は蜘蛛が網を編むために最も一般的な形態であるが、この動物は獲物を捕らえたり、卵を保護したり、安全なロープとして使用するために他のいくつかの形態も使用する。

多くの特性の中で、蜘蛛糸の引張強度は非常に注目に値し、最高で15億パスカル（GPa）に達する。これは、毎平方ミリメートルあたり150ニュートンの引張力に耐え、高級鋼材に匹敵することを意味する。引張強度、靭性、軽量性、そして生分解性のおかげで、蜘蛛糸は繊維産業において潜在的な応用価値を持っている。

人工生産蜘蛛糸の課題

蜘蛛が生産する糸の量が相対的に少なく、また、彼らが肉食性であるため、蚕のように大規模に飼育することができないため、研究者たちは人工的に蜘蛛糸を生産する方法を探求している。ノースカロライナ大学（UNC）のSarah Stellwagen教授は、インタビューで、課題は蜘蛛の特化した腺体に含まれる液体糸タンパク質を実際の繊維に変換することであると指摘した。「研究者たちは、蜘蛛が行うように大量のタンパク質混合物を作成しているが、蜘蛛とは異なり、彼らはまだこれらのタンパク質を公に利用可能な規模で固体の糸に紡ぐことができていない。」

Stellwagen教授は、UNCシャーロット生物科学部の助教授である。

蜘蛛糸の生産プロセス

蜘蛛は、腺体内の液体を狭い管を通して送り出し、その化学環境を変化させ、β-シートと呼ばれる緊密な構造に組み立てることでこのプロセスを実現する。次に、繊維はその吐糸器から固体の形で排出される。しかし、研究もいくつかの進展を遂げている。スウェーデン農業科学大学（SLU）の研究者たちは、タンパク質をより大きく、より効率的に生産できることを示しており、これが生産コストの低減にも寄与している。研究者のAnna RisingとBenjamin Schmuckは、以前にH&M財団から20万ユーロの助成金を受け、現在、タンパク質から繊維と糸を生産するための繊維テストに取り組んでいる。

このチームは、これらの繊維の医療用途に関する応用も探求している。Rising教授は、「この助成金（資金および支援プログラム）は、私たちに次のステップを踏む機会を与えてくれました：さらなる試験を行い、生産プロセスを改善し、糸や繊維製品をテストするために十分な材料を生産することです。」と述べた。ロンドン・キングスカレッジおよびカリフォルニア州立大学サンディエゴ校からの初期の研究は、蜘蛛糸を鋼よりも強く、ケブラーよりも靭性のある「分子ラベル」を解読した。

人工生産蜘蛛糸の未来の可能性

蜘蛛糸は、その優れた強度と靭性から広く注目されており、特に繊維および医療分野における潜在的な応用が期待されている。研究者たちが蜘蛛糸の低い生産量の課題を克服するために努力する中、人工生産技術の発展は関連産業を変革する可能性がある。タンパク質生産と繊維テストの改善を通じて、将来的には大規模生産が実現し、生物材料の商業化を推進し、環境に優しい材料の使用に新たな選択肢を提供することが期待される。