누에에 거미 DNA를 추가하면 케블라보다 더 강한 실크가 만들어집니다.

인간의 복잡한 문제를 해결하기 위해 자연의 모델, 시스템 또는 요소를 연구하고 모방하는 것을 “생체 모방학"이라고 합니다. 500년 전, 이탈리아의 한 노인이 새의 비상하는 비행을 수개월 동안 관찰했습니다. 그 결과 공기역학 과학의 기초가 된 레오나르도 다빈치의 ‘새의 비행에 관한 생체 모방 코덱스’가 탄생했습니다. 이 과학은 라이트 형제를 유명하게 만들었으며 은 아직 .

오늘날 생체 모방은 어디에나 존재합니다. 상어에서 영감을 얻은 수영복, 도마뱀에서 영감을 얻은 접착제, 연꽃에서 영감을 얻은 발수제 등은 모두 자연계를 관찰한 결과물입니다. 수백만 년 동안 진화해온 자연에는 몇 가지 비법이 숨겨져 있습니다. 그리고 그 속임수들은 우리가 배울 수 있는 것들이죠. 그리고 이제 거미 DNA와 영리한 유전공학 덕분에 목록에 추가할 수 있는 거미가 하나 더 생겼습니다.

찾기 어려운 거미줄

거미줄은 합성 섬유로는 복제할 수 없는 탁월한 특성을 가지고 있다는 사실은 널리 알려져 있습니다. 나일론과 케블라 모두 인상적인 특성을 지니고 있지만, 각각 한 가지 측면에서만 탁월합니다. 나일론은 엄청난 강도를 자랑하지만 인성이 부족하고, 마찬가지로 케블라는 복원력은 뛰어나지만 강도 면에서는 부족합니다. 역사적으로 합성 소재를 개발할 때는 이 두 가지 특성을 절충해야 했기 때문에 특정 요구 사항에 따라 가장 적합한 옵션을 선택해야 했습니다.

거미를 독창적으로 사육하는 것은 상당한 도전 과제이며, 대규모 사육 작업의 경우 더욱 그렇습니다.

자연적으로 발생하는 고분자 섬유인 거미줄은 뛰어난 강도와 놀라운 인성을 모두 갖추고 있어 기존의 통념을 뒤엎습니다. 따라서 거미줄은 광범위한 연구 노력의 대상이 되어 왔습니다.

거미를 기르는 데는 여러 가지 어려움이 따르는데, 거미는 영역심이 강하고 함께 사육할 경우 폭력적인 성향이 있기 때문입니다. 실제로 여러 마리의 거미를 가까이 두면 한 마리만 승리하는 치명적인 대결이 벌어지는 경우가 많습니다. 따라서 각 거미에게 지정된 공간과 명확하게 정의된 경계를 제공하는 것이 거미의 행복을 보장하는 데 매우 중요합니다. 이 방법은 비실용적이고 비용이 많이 들지만, 이 매혹적인 생물의 잠재력을 활용하려는 사람들에게는 여전히 가장 실용적인 옵션이며, 반대로 누에를 기르는 것은 훨씬 더 적은 어려움이 있습니다.이 온순한 곤충은 놀라운 수준의 협동심을 발휘하며 공격적인 행동을 하지 않고 함께 사는 것에 만족합니다. 또한,

생명공학 기술을 통해 누에를 유전적으로 변형시켜 거미와 같은 실크를 생산하는 것이 도전적이면서도 수익성 있는 목표였습니다. 이전에는 이 목표를 달성하기 위한 시도가 실패로 돌아갔습니다. 하지만 최근의 연구 진전으로 마침내 가능할 수도 있다는 전망이 나오고 있습니다.

거미-누에

중국 동화대학교의 준펑 미와 그의 동료 은 크리스퍼 유전자 편집 기술을 사용하여 누에의 실크 생성 특성을 재코딩했습니다. 먼저 강한 실크를 만드는 것으로 알려진 동아시아 구슬거미인 아라네우스 벤트리코수스의 유전자를 가져왔습니다. 그런 다음 100개 이상의 아미노산이 포함된 복잡한 유전자를 누에의 알 세포에 넣었습니다. (이 설명은 수십만 번의 미세 주사가 필요한 절차이기 때문에 얼마나 많은 시간과 기술이 필요하고 힘든 작업인지 설명하지 못합니다.)

역사적으로 비슷한 시도가 있었지만 결국 실패로 끝났습니다. 그러나 Mi의 팀은 특정 게놈 영역을 표적으로 하는 정밀한 접근 방식인 ‘로컬라이제이션’을 활용했다는 점에서 차별화되었습니다. 정확성을 보장하기 위해 동화대학교 연구팀은 거미줄에 대한 최소한의 기본 구조 모델을 고안하여 원하는 유전자 변형을 위한 청사진으로 사용했습니다. 미는 이 기반에 현지화를 결합함으로써 전례 없는 패러다임의 전환을 이뤘다고 주장했습니다. 결과는 이러한 주장을 입증하는 것으로 보이며, 결과 섬유는 놀라운 인장 강도(1,299MPa로 측정)와 뛰어난 인성(319MJ/m³로 평가)을 보여주었습니다. 이러한 특성은 심지어

혁신적인 기술을 활용하여 강도 측면에서 케블라 및 나일론을 능가하는 뛰어난 내구성을 가진 실크를 생산할 수 있습니다.

슈퍼 소재의 세계

미의 선구적인 연구는 이 분야에서 중요한 돌파구를 마련하여 생체 영감 소재 개발의 새로운 방향을 제시하는 길을 열었습니다. 그녀의 말에 따르면, 이 놀라운 업적은 거미줄의 광범위한 적용을 방해했던 과학적, 기술적, 공학적 장애물을 성공적으로 해결하여 나일론과 같은 합성 섬유에 대항하는 강력한 경쟁자로 자리매김하는 동시에 환경적으로 지속 가능한 사회로의 진보를 더욱 촉진할 것입니다.

약 의류의 60% 나일론, 폴리에스테르, 아크릴과 같은 합성 섬유로 만들어집니다. 이러한 플라스틱은 유용하지만 환경에는 좋지 않은 영향을 끼치는 경우가 많습니다.이러한 섬유는 수로로 흘러들어가 야생동물에게 피해를 주기도 합니다. 이러한 섬유의 생산은 온실가스 배출의 원인이기도 합니다. 이제 “지속 가능하고 친환경적인 고강도 초강력 대안"이 생겼습니다. 누에는 케블라보다 6배 더 튼튼하고 나일론보다 10배 더 강한 실크를 만들 수 있습니다.

누에의 유전자 변형이 섬유 산업에 즉각적인 혁명을 일으킬 것이라고 가정하는 것은 무모한 생각일 수 있습니다. 유전자 편집 기술을 통해 누에가 주목할 만한 양의 실크를 생산할 수 있게 되었지만, 생산 규모가 상대적으로 작기 때문에 시장에 미치는 영향은 아직 제한적입니다. 그럼에도 불구하고 이 개발은 상서로운 시작을 의미한다는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 분자 구조를 국산화하고 구성하는 미 씨의 혁신적인 방법을 응용하면 뛰어난 특성을 가진 다양한 신소재가 개발될 수 있습니다.

자연계는 경이로움으로 우리에게 영감을 주는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 새, 도마뱀, 상어와 같은 동물이 다양한 용도로 활용될 수 있는 독특한 특성을 가지고 있다는 사실을 발견했습니다. 가장 최근에는 거미와 거미의 실크 생산 능력에 주목하고 있습니다. 자연의 복잡성을 계속 탐구하면서 또 어떤 경이로움이 발견되기를 기다리고 있을지, 그리고 그것이 우리 세상을 어떻게 변화시킬지 궁금하지 않을 수 없습니다.

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