ときに生物が自然に生み出す繊維の方が人類の発明品より優秀なことがあります。
有名なものがカイコの生み出す「絹（シルク）」で、その光沢や滑らかな質感、生分解性（自然界で分解される性質）から、長年重宝されてきました。
ただ、絹に丈夫というイメージはありません。
一方、クモの生み出す糸も非常に強い繊維として注目を集めています。
ただクモはカイコほど扱いやすい昆虫ではなく、まとまった糸を効率よく回収する方法がまだありません。
そこで、中国の東華大学（Donghua University）生物科学・医工学部に所属するジャンペン・ミー氏ら研究チームは、クモの遺伝子を持つカイコを作り出す研究を進めており、今回カイコに丈夫な天然繊維を生み出させることに成功したと報告しました。
飼育しやすいカイコから出たそのクモの糸は、防弾チョッキに使用される『ケブラー』の6倍丈夫だと言われています。
研究の詳細は、2023年9月20日付の科学誌『Matter』に掲載されました。
目次
- 弱くて生産性の高い「カイコの糸」と強くて生産性の低い「クモの糸」
- 遺伝子編集されたカイコがクモの糸を紡ぐ
弱くて生産性の高い「カイコの糸」と強くて生産性の低い「クモの糸」
大規模に商業化されている動物繊維として有名なのは、ヒツジから得られるウールとカイコから得られる絹です。
人類は何千年もの間、カイコの飼育によって絹を生産しており、その絹は動物繊維の一翼を担う存在になっているのです。
ただしカイコの糸は、近年登場してきた合成繊維ほど丈夫ではなく、簡単に切れてしまいます。
では、環境に優しいだけでなく丈夫な動物繊維は存在するのでしょうか。
ご存じの通り、「クモの糸」がこれに該当します。
ある種のクモの糸は、鉄や高強度の合成繊維に匹敵する強度を持っています。
しかしクモの糸を量産する手法が見つかっていないため、これまで利用されてきませんでした。
動物繊維の特性や生産の観点で見ると、カイコとクモは真逆の存在です。
カイコは狭い空間に何百匹いても平和に暮らすことができ、たくさんの糸を生産できますが、その糸は丈夫ではありません。
一方、クモには共食いの性質があります。
互いに攻撃するため、狭い空間では何百匹いたとしても最後には1.2匹しか残りません。
高強度の糸ですが、たくさん生産することはできないのです。
そこで研究チームは、大量に飼育できるカイコに、強力なクモの糸を紡がせることにしました。
遺伝子編集されたカイコがクモの糸を紡ぐ
これまでにも、カイコを遺伝子操作してクモの糸を作る試みは行われてきました。
しかし、クモの糸のタンパク質はカイコに比べて大きいことや、異なる生物であるクモの遺伝子をカイコに挿入すること自体の困難さから、なかなかこの研究は進展していませんでした。
そこで今回、ミー氏ら研究チームは、東アジアに生息するオニグモ（学名：Araneus ventricosus）の糸の小さなタンパク質を用いることにしました。
CRISPR-Cas9（遺伝子改変ツール）とカイコ受精卵への数十万回のマイクロインジェクション（遺伝子などを細胞内に注入する方法）によって、その小さな「クモの糸タンパク質遺伝子」をカイコのDNAに導入。糸を作り出す腺で発現できるようにしたのです。
マイクロインジェクションは、この研究において最も大きな課題の1つだったため、ミー氏は、遺伝子編集成功のサインを発見した時に大喜びしました。
彼によると、「結果を報告するために踊りながら教授のオフィスに駆け付け」「興奮で夜も眠れなかった」ようです。
また研究チームは、クモ糸タンパク質がカイコ腺内のタンパク質と適切に相互作用するために、クモ糸タンパク質に「局在化（タンパク質などが細胞内の特別な部位や領域に存在して機能すること）」修飾を施す必要がありましたが、これにも成功しました。
これによって、カイコの絹生産の他の側面を妨げることなく、クモの遺伝子を活性化させられます。
ミー氏は、「局在化の成功が、新しい糸の大規模な商業化につながると確信している」ようです。
これによって得られた繊維は、高い引張強度 (1,299 MPa) と靭性 (319 MJ/m3) を兼ね備えていました。
最も丈夫な天然のクモの糸とほぼ同じ強さであり、防弾チョッキなどに使用されるケブラーと比較しても約6倍でした。
しかも研究チームが予想していたよりもはるかに柔軟でした。
彼らによると、この繊維には生分解性があるため、まずは外科用縫合糸に使用される可能性があり、「年間3億件を超える世界的な需要に対応できる」とのこと。
また軍事、航空宇宙技術、医用生体工学、衣料品向けのスマート材料など、幅広い商業的可能性を秘めているようです。
研究が進むなら、クモのように強靭な糸を作るカイコを量産し、これら大きな需要と可能性を満たすことができるかもしれません。
チームは今後、天然アミノ酸と人工アミノ酸の両方からクモの糸を生み出す遺伝子組み換えカイコを開発する予定です。
これにより、「無限の可能性」を秘めたより強力な絹が誕生するかもしれません。
参考文献
Spider silk is spun by silkworms for the first time, offering a green alternative to synthetic fibers https://www.eurekalert.org/news-releases/1001587 Bionic silkworms with spider genes spin fibers 6x tougher than Kevlar https://newatlas.com/materials/silkworms-spider-genes-spin-fibers/元論文
High-strength and ultra-tough whole spider silk fibers spun from transgenic silkworms https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00421-6#%20