एक प्रयोगशाला पैमाने पर सिंथेटिक स्पाइडर सिल्क उत्पादन
Summary
मकड़ी रेशम की बकाया यांत्रिक और जैव रासायनिक गुणों के बावजूद, इस सामग्री बड़ी मात्रा में पारंपरिक तरीकों से नहीं काटा जा सकता है. यहाँ हम एक कुशल कृत्रिम मकड़ी सिल्क फाइबर, जो जांचकर्ताओं के लिए मकड़ी सिल्क उत्पादन और अगली पीढ़ी के biomaterials के रूप में उनके उपयोग का अध्ययन एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है स्पिन रणनीति का वर्णन.
Abstract
के रूप में समाज की प्रगति और संसाधनों scarcer हो जाते हैं, यह तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है नई प्रौद्योगिकियों को विकसित कि इंजीनियर उच्च प्रदर्शन गुण के साथ अगली पीढ़ी, biomaterials. इन नई संरचनात्मक सामग्री का विकास तेजी से, लागत प्रभावी हो सकता है और प्रसंस्करण के तरीके और उत्पादों है कि पर्यावरण के अनुकूल हैं और टिकाऊ को शामिल करना चाहिए. मकड़े विभिन्न यांत्रिक गुणों के साथ अलग अलग फाइबर प्रकार के एक भीड़ स्पिन, कि प्रतिद्वंद्वी सर्वोत्तम मानव निर्मित और प्राकृतिक सामग्री biomimicry के लिए अगली पीढ़ी के इंजीनियरिंग सामग्रियों की एक समृद्ध स्रोत की पेशकश की. प्राकृतिक मकड़ी रेशम की एक बड़ी मात्रा के संग्रह के बाद से अव्यावहारिक है, कृत्रिम रेशम उत्पादन धागे के एक असीमित की आपूर्ति करने के लिए उपयोग के साथ वैज्ञानिकों को प्रदान करने की क्षमता है. इसलिए, यदि कताई प्रक्रिया को सुव्यवस्थित और सिद्ध हो सकते हैं, कृत्रिम मकड़ी फाइबर शरीर कवच से लेकर आवेदन की एक व्यापक रेंज, शल्य सीवन के लिए क्षमता का उपयोगरस्सियों, और केबल, टायर, संगीत वाद्ययंत्र के लिए तार, और विमानन और एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी के लिए कंपोजिट. क्रम में कृत्रिम रेशम उत्पादन प्रक्रिया अग्रिम करने के लिए और फाइबर है कि उनकी सामग्री के गुण में स्पिन स्पिन से कम विचरण प्रदर्शित उपज है, हम एक गीला कताई प्रोटोकॉल है कि बैक्टीरिया, शुद्धि, और प्रोटीन की एकाग्रता में पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन की अभिव्यक्ति को एकीकृत विकसित फाइबर बाहर निकालना और एक यांत्रिक उपचार के बाद स्पिन के द्वारा पीछा किया. यह पहला दृश्य प्रतिनिधित्व है कि एक कदम दर कदम प्रक्रिया से पता चलता है स्पिन करने के लिए और एक प्रयोगशाला पैमाने पर कृत्रिम रेशम के तंतुओं का विश्लेषण है. यह भी जानकारी प्रदान करता है ही कताई डोप से फाइबर काता के बीच परिवर्तनशीलता की शुरूआत कम से कम. सामूहिक, इन तरीकों कृत्रिम रेशम उत्पादन की प्रक्रिया में वृद्धि, उच्च गुणवत्ता फाइबर कि प्राकृतिक मकड़ी रेशम पार करने के लिए अग्रणी.
Introduction
मकड़ी सिल्क असाधारण यांत्रिक गुणों उच्च खिंचनेवाला इस्पात, केवलर और नायलॉन सहित कि बाहर कई मानव निर्मित सामग्री करता है, मकड़े 1. कम से कम 6-7 अलग फाइबर प्रकार है कि विविध यांत्रिक गुण प्रदर्शित करते हैं, तन्य शक्ति और तानाना की मात्रा बदलती के साथ बनाया गया प्रत्येक स्पिन विशिष्ट जैविक कार्य करते हैं. 2 रिसर्च के वैज्ञानिकों को उनके उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों, उनके biocompatibility के, और उनके गैर विषैले और हरे रंग सामग्री प्रकृति की वजह से अगली पीढ़ी biomaterials के रूप में मकड़ी रेशम का उपयोग तेजी से पीछा कर रहे हैं 3,4. नरभक्षी की वजह से और अरचिन्ड का विषैला प्रकृति, मकड़ी रेशम की खेती के माध्यम से कटाई औद्योगिक पैमाने निर्माण के लिए आवश्यक मांगों को पूरा करने के लिए एक व्यावहारिक रणनीति नहीं है. इसलिए, वैज्ञानिकों ने इन विट्रो में के साथ मिलकर से सिंथेटिक फाइबर की कताई ट्रांसजेनिक जीवों में पुनः संयोजक सिल्क प्रोटीन के उत्पादन के लिए बदल गया हैसे शुट्ठ प्रोटीन. के 5-8 पूर्ण लंबाई पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन अभिव्यक्ति तकनीकी रूप से कठिन उनके जीन दृश्यों के आंतरिक गुणों, जो उनके अत्यधिक दोहरावदार प्रकृति और शारीरिक लंबाई (> 15 केबी) जीसी अमीर सामग्री दिया गया है और पक्षपाती alanine और ग्लाइसिन codon उपयोग. 9-11 तिथि करने के लिए, सबसे प्रयोगशालाओं प्रमुख ampullate रेशम प्रोटीन MaSp1 या MaSp2 की आंशिक सीडीएनए दृश्यों या सिंथेटिक जीन का उपयोग कर के संक्षिप्त रूपों को व्यक्त करने पर ध्यान केंद्रित किया है 12-15 स्पिनिंग सिंथेटिक मकड़ी रेशम की आवश्यकता है कि एक चुनौतीपूर्ण प्रक्रिया है पूरी तरह से और कई वैज्ञानिक विषयों, और कताई प्रक्रिया की जटिलताओं में महारत ज्ञान नहीं है वीडियो प्रतिनिधित्व द्वारा आम जनता को पता चला. वास्तव में, दुनिया भर में प्रयोगशालाओं में से केवल एक मुट्ठी मकड़ी रेशम cDNAs को व्यक्त करने के लिए, शुद्ध रेशम प्रोटीन, सिंथेटिक फाइबर स्पिन और प्रदर्शन के बाद स्पिन आकर्षित विशेषज्ञता है, और फिर अंत में उनके biomaterial के गुण परीक्षण 8.16,17 कताई सिंथेटिक फाइबर के लिए अलग दृष्टिकोण के रूप में के रूप में अच्छी तरह से गीला और सूखी कताई electrospinning तरीकों घेर लिया है 16,18,19 सभी प्रक्रियाओं आम में एक लक्ष्य है – एक प्रोटोकॉल है कि यांत्रिक गुणों के साथ सिंथेटिक मकड़ी रेशम उत्पादन के विकास कि प्रतिद्वंद्वी प्राकृतिक धागे बड़े पैमाने पर व्यावसायिक निर्माण की प्रक्रिया के लिए.
यहाँ हम एक प्रयोगशाला पैमाने पर कृत्रिम मकड़ी रेशम गीला कताई एक पद्धति का उपयोग करते हुए उत्पन्न करने की प्रक्रिया का वर्णन. अन्य कताई तरीकों के सापेक्ष, गीला कताई फाइबर विश्लेषण के लिए सबसे संगत परिणाम का उत्पादन किया गया है. हम बैक्टीरिया में पुनः संयोजक रेशम प्रोटीन, उनके शोधन के बाद की अभिव्यक्ति के साथ इस प्रक्रिया की शुरुआत रूपरेखा, और फिर एक ड्रॉ के बाद स्पिन पद्धति "के रूप में काता है कि फाइबर के साथ धागे पैदावार के लिए लागू सहित कताई, प्रोटीन तैयारी के लिए चरणों का वर्णन सामग्री गुण है कि प्राकृतिक मकड़ी रेशम की गुणवत्ता के दृष्टिकोण. हमारे methodology को बारीकी से प्राकृतिक रेशम के तंतुओं की कताई प्रक्रिया की नकल बनाया गया है और यह वास्तुकला और गोला – सिल और मकड़ियों बुनाई. इसके अलावा 20-22 से रेशम उत्पादन ग्रंथियों के समारोह के बारे में हमारी विशेषज्ञता पर भारी ड्रॉ, हम आवश्यक के साथ समाप्त सिंथेटिक फाइबर का उपयोग करने के लिए एक तनाव तनाव घटता है, जो जांचकर्ताओं को परम शक्ति, परम तनाव, और फाइबर की बेरहमी गणना करने की अनुमति साजिश tensometer की सामग्री गुण निर्धारित करने के लिए कदम. अंत में, लेकिन महत्वपूर्ण मूल्य के, कताई, स्पूलन, और ड्राइंग apparatuses हो सकता है विस्तृत और महंगा अनुकूलित उपकरणों की खरीद के बजाय व्यावसायिक रूप से उपलब्ध भागों का उपयोग कर घर बनाया.
Protocol
Discussion
इस पद्धति से काता सिंथेटिक फाइबर प्राकृतिक रेशों की तुलना में परिमाण के एक ही आदेश पर यंत्रवत् हैं. स्पूलन और पोस्ट स्पिन आकर्षित प्रक्रियाओं mechanizing के द्वारा मानव त्रुटि की राशि को कम करके, नमूनों के बी?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम NSF के RUI MCB-0950372 और DMR-1105310 अनुदान हकदार "काली विधवा मकड़ी रेशम और मकड़ी गोंद रेशम के यांत्रिक व्यवहार की आण्विक विशेषता," क्रमशः द्वारा समर्थित किया गया था.
Materials
| Reagent/Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| pBAD/TOPO ThioFusion Expression Kit | Invitrogen | K370-01 | |
| FastBreak Cell Lysis Reagent, 10x | Promega | V857C | |
| Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30210 | Includes instructions for buffers |
| ProteoSilver Silver Stain Kit | Sigma-Aldrich | PROTSIL1-1KT | |
| FreeZone Lyophilizer | Labconco | 7960041 | FreeZone 12Plus |
| Hexafluoroisopropanol (HFIP) | Sigma-Aldrich | 52512 | |
| Syringe | Hamilton | 7657-01 | 250 μL |
| Needle | Hamilton | 7780-01 | 26s Gauge, Blunt end removable needle |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 702208 | 11Plus |
| Digital Caliper | Carrera | CP5906 | 0-150 mm range |
| Stainless steel forceps | World Precision Instruments | 501764 | Mini Dumont #M5S |
| Motor | Nature Mill | 7090529 | 12VDC, 2 rpm speed |
| Linear Actuator | Warner Electric | 01-D024-0050-A06-LP-IP65 | 24VDC, 6 inch range |
| Dissecting microscope | Leica Microsystems | Leica MZ16 | |
| Digital microscope camera | Leica Microsystems | DFC320 | Software: Leica Application Suite v2.8.1 |
| Vannas scissors | World Precision Instruments | 500260 | |
| Microtensometer | Aurora Scientific | 310C | 5N Dual-Mode System |
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