Кассия Сен-Клер - Золотая нить. Как ткань изменила историю [litres]

Когда накидка была закончена и выставлена на шесть месяцев в экспозиции музея Виктории и Альберта в Лондоне в 2012 г., она произвела сильное впечатление на всех, кто ее видел. Для многих, особенно после того, как накидку свернули и убрали на хранение, невероятная привлекательность паучьего шелка не утратила яркости. Разумеется, наряд был создан, но только единственный и очень дорогой. И работала над ним команда из нескольких сотен человек. Главный вызов оставался – производство шелка в больших объемах, раскрытие его потенциала настолько, чтобы он не оставался выставочным образцом, а мог стать частью повседневных тканей.

В первый месяц нового тысячелетия Nexia Biotechnologies , в общем-то не рекламирующая себя фирма, базирующаяся на кленовой ферме в сельской местности Канады, сделала объявление. Они наконец-то открыли способ производства паучьего шелка в больших объемах [541] Mandel. .

Их секретный метод никоим образом не был связан с особенно ловким или особо крупным пауком. Он опирался на совершенно других животных – на коз [542] Почему козы? Причина этого странного выбора, если верить Nexia, в том, что есть сходство между железами паука, вырабатывающими шелк, и молочными железами коз. . Nexia встроила гены кругопрядов-нефил, отвечающие за выработку шелка, в генетический код коз. Когда козы – трех самых знаменитых звали Веснушка, Пудинг и Конфетка – дали молоко, в нем содержался белок паучьего шелка. Чтобы получить шелк, коз доили, а затем извлекали из молока нужный белок и пряли нить, для которой Nexia нашла подходящее название, как в комиксах «Марвел»: BioSteel (Биосталь). (Финансовое обеспечение проекта шло от американских военных, чей интерес резко вырос, когда они выяснили, что некоторые виды паучьего шелка в пять раз прочнее кевлара, который используется для производства обычных бронежилетов). Поначалу мир был в восторге. Казалось, что люди наконец научились делать ткань, на совершенствование которой у пауков ушло 380 млн лет. Как ни печально, но рассказы о безграничных запасах паучьего шелка, полученного из козьего молока, оказались миражом. В 2009 г. Nexia обанкротилась [543] Hirsch; Kenneth Chang, «Unraveling Silk’s Secrets, One Spider Species at a Time», New York Times , 3 April 2001 [accessed 5 February 2017]; Rogers. .

Фундаментальная проблема для ученых и компаний, желающих воссоздать паучий шелк, заключается в ничтожной величине и сложности белков, из которых он состоит. Хотя характеристики этих белков зависят от вида пауков, их диеты и вида шелка, который был произведен, молекулярная структура часто включает в себя множество различных протеинов в сложной последовательности, делая ее невероятно трудной для воспроизводства в условиях лаборатории.

Еще одно препятствие – это нестабильность паучьего шелка. При формировании он жидкий, все время находится на грани отвердевания, но у пауков становится твердым только при прохождении через фильеры, оказывающие механическое давление, механизм которого до сих пор не понят. Для паукообразных этот переход из жидкого в твердое состояние имеет смысл, так как запасы жидкого шелка могут легко храниться в их теле и превращаться в нить по требованию. А вот для людей – имитаторов это огромное препятствие. До настоящего времени процесс так и не удалось воспроизвести в механизмах [544] Даже если кто-то смог бы создать аналог фильера паука, этого все равно было бы недостаточно: они вырабатывают шелк слишком медленно для того, чтобы точная механическая копия была коммерчески успешной. .

Несмотря на все эти трудности, Nexia не единственная компания, готовая рискнуть финансовым разорением и публичным позором, чтобы преодолеть их. Доктор Рэнди Льюис, специалист по молекулярной биологии в Университете штата Юта, купил стадо пауков-коз в 2009 г. и продолжил исследования. Но он не стал класть все яйца в одну корзину. Пусть Веснушка и Пудинг и были самыми фотогеничными козами в его работе, доктор Льюис ищет и другие организмы, чьи гены можно «уговорить» превратиться в необычных производителей шелка: картофель, люцерну (представитель семейства бобовых) и даже Escherichia coli , бактерию, вызывающую пищевое отравление.

Более простое решение, которое проверяют несколько различных фирм, предполагает изменение генов тутовых шелкопрядов. Одомашненные тутовые шелкопряды, Bombyx mori, уже являются очень эффективными производителями шелка. Около 40 % веса их тела заняты шелкоотделительными железами, и мастерство обращения с ними уже широко распространено. Если гены B. mori можно было бы изменить, чтобы они успешно вырабатывали паучий шелк, они удачно встроились бы в существующие цепочки поставок [545] Доктор Рэнди Льюис, специалист по молекулярной биологии в Университете штата Юта. .

Но не все настолько оптимистичны, как доктор Льюис. Фриц Фольрат, биолог немецкого происхождения, изучал пауков и их шелк два десятилетия. Возможно, самая известная часть его исследований – это введение паукам различных наркотиков: ЛСД, амфетамина, кофеина и т. д., чтобы посмотреть, какое влияние они окажут на рисунок паутины. (Кстати, паутина, сотканная под влиянием кофеина, оказалась наиболее беспорядочной.) В настоящее время профессор руководит Оксфордской шелковой группой ( Oxford Silk Group ), исследовательской лабораторией, которая последние пятнадцать лет изучает химию, физику, эволюцию и экологию шелка на примере большого числа кругопрядов-нефил, живущих в переделанной оранжерее на крыше в Оксфорде [546] Adams. .

В отличие от доктора Льюиса и многих других компаний, занятых попытками производства паучьего шелка, профессор Фольрат куда более пессимистичен. «Хуже видения курильщика опиума» – таково его мнение о попытках создания замены сухожилиям из синтетического паучьего шелка. Он еще более откровенен, когда речь заходит о том, чтобы использовать паучий шелк вместо кевлара: «Полная чушь. Люди в восторге от этого, потому что люди глупы». Да, паучий шелк достаточно прочен, чтобы остановить пулю, утверждает он, но только после того, как пуля пройдет через тело. Шелк эластичен, и это его недостаток, если речь идет о защите от пуль. Но недовольство Фольрата вызывает не столько шум, поднятый вокруг того, что некоторые предлагают производить материалы из паучьего шелка, сколько сам используемый продукт [547] Фриц Фольрат, профессор зоологии, Оксфордский университет, интервью с автором по Skype, февраль 2017 г. .

Фольрат настаивает на том, что ученые, какими бы ни были их отчеты в пресс-релизах, не способны воспроизвести вещество, которое вырабатывают настоящие паукообразные, потому что оно слишком сложное. С его точки зрения, на самом деле им удалось скопировать несколько «мотивов» белков из более крупных протеиновых цепочек. «Называть фрагменты того, из чего состоит паучий шелк, «паучьим шелком», – говорит профессор Фольрат, – это то, что теперь называют «альтернативным фактом». Даже если вы найдете способ заставить коз, кишечную палочку или картофель воспроизвести эти фрагменты белка, у вас все равно не будет жизнеспособного продукта. Выделить специфический скопированный протеин паучьего шелка из чего-то еще – сложный и грубый процесс, зачастую с использованием кислотных ванн. И этот процесс разрушает естественные свойства протеина, по сути убивая его и делая невозможным превращение его в нить [548] Vollrath, «The Complexity of Silk», p. 1151. .