研究者はどのようにしてミミズの糸をクモの糸よりも丈夫に改良したのか

シルクは素晴らしい生地ですが、他にもさまざまな用途に使える素材です。最高の状態では、引っ張られたときに鋼鉄よりも優れた耐久性を発揮します。十分な高品質のシルクが手に入るなら、シルク製のボディセンサーやボディアーマーを作ることも検討してみてはいかがでしょうか。

しかし、そこに問題があります。十分な量の絹を手に入れるのは難しいのです。

クモは、私たちが知る限り最も強い糸を作る。残念ながら、クモの糸は入手困難だ。まだ存在しない代替品を見つけない限り、ほとんどの用途に十分な量を得るのは非常に難しい。しかし、科学者たちは、木曜のマター誌に発表した論文で、より弱いがはるかに一般的なカイコの糸を改良して、クモの糸よりもさらに強い特性を持たせることで、まさにそれを実現したかもしれない。

「この研究が、利益を生む高性能人工シルクを生産する有望な方法を切り開くことを期待しています」と、中国北部の天津大学の生化学者で論文の著者の一人であるZhi Lin氏はプレスリリースで述べている。

家畜化されたカイコガ（Bombyx mori）の虫は、これまでのところ最も豊富なシルクの供給源です。現在の中国では、約 6,000 年前に人類がカイコを家畜化したようで、カイコの繊維で織ったものは贅沢品として世界中で有名になりました。シルクは、何世紀にもわたって古代ユーラシア大陸の人々や文化を結びつけた交易路のネットワークであるシルクロードにその名を与えました。シルクは、記録に残る最古の産業スパイ事件にも関係していました。2 人のビザンチン修道士が、中をくり抜いた杖にカイコを隠し、シルクロードに沿って西へ密輸したと言われています。

しかし、近代以前から、カイコが必ずしも最高の絹を作るわけではないことはわかっていました。カイコは繭を作るために絹を作ります。これは一般的に織物にするには素晴らしいものですが、あの弾力性のある性質を本当に得るには十分ではありません。(カイコは絹をあまり作りません。たった 1 ポンドの絹を作るのに何百匹ものカイコが必要で、絹を集めることはカイコにとってしばしば致命的です。)

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鯉、ムール貝、多くの昆虫など、絹を作ることができる動物は数多くいますが、最も強い絹はクモのものです。クモは、卵嚢を作るためのものや獲物を捕らえるためのものなど、手元のタスクに応じて数種類の異なる絹を作ることができます。

最も強いのはドラッグライン シルクと呼ばれるもので、クモが巣の最も重要な糸として紡ぐものです。また、クモがぶら下がる糸でもあります。ドラッグライン シルクは、最高の状態では、引張強度、つまり引っ張られたり伸ばされたりしたときに素材がどれだけ持ちこたえるかという点で高級鋼に匹敵します。

技術者がなぜクモの糸で橋のケーブルを作らないのかと不思議に思う人もいるかもしれないが、そこには大きな問題がある。クモの糸があまりないのだ。「私たちは常に、より多くの糸を得るために戦わなければならないのです」と、バージニア州ウィリアム・アンド・メアリー大学の材料科学者で、今回の論文には参加していないハンネス・シュニエップ氏は言う。同氏の研究室では、有毒なドクイトグモのリボンのような糸を研究している。

10年以上前、織物メーカーは100万匹以上のクモから採取した糸を使って、11フィート×4フィートの布を1枚織った。100万匹のクモを飼うことは簡単なことではない。特に、クモを飼い慣らすのは非常に難しいからだ。クモは非常に縄張り意識が強く、攻撃的である。

動物を使わずに絹を作る方法はあるかもしれないが、科学者はまだそのいずれも完成させていない。現在、いくつかの新興企業がその技術（あるいは、紡糸装置）を試しているが、クモの糸が豊富に得られるという大胆な約束にもかかわらず、その製品は有機製品の素晴らしい特性のすべてに完全には匹敵していない。

科学者たちは、クモの能力に匹敵する技術をいくつも試してきた。21世紀らしいアイデアとしては、クモのDNAをカイコに組み込むというものがある。最近、この目的のために、中国の複数の研究機関の科学者が協力してカイコのゲノムを解析した。しかし、まだ効果的な人工シルクには至っていない。

この最新論文の著者である科学者たちは、クモのようにミミズから糸を紡ぐという異なるアプローチをとった。

カイコの糸は、通常、糊のような物質で覆われたタンパク質繊維でできています。この糊は繭の中で絹繊維をくっつけるのに役立ちますが、糸を紡ぐのに邪魔になります。そのため、糊を取り除く必要がありました。研究者は、繊維を HFIP と呼ばれる酸に浸すことでこれを行いました。HFIP は、有機化学者がタンパク質を溶かすためによく使用する物質です。

この工程では、得られた繊維を別の槽に注入する。この槽には、絹と結合して絹を強化する亜鉛イオンと鉄イオンが充填されている。その槽内で、研究者らは特注の機械を使用して繊維を紡ぎ、それぞれを元の長さの 3 倍に伸ばした。

糸を乾燥させた後、研究者たちは、引張強度がクモの引き綱の糸に匹敵するだけでなく、それを上回った糸を作った。テストでは、彼らが作ったばかりの糸は、外見はクモの引き綱の糸とまったく同じだが、70パーセントも強度が高かった。また、接着剤を取り除いたカイコの天然糸の2倍以上の強度もあった。

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「私たちの研究結果は、カイコの糸は機械的な性能ではクモの糸に太刀打ちできないというこれまでの認識を覆すものです」とリン氏は言う。

シュニープ氏によると、このプロセスはまったく新しいものではない。シルクの研究者たちは、カイコの糸の特性を改良する方法を研究してきた。しかし、彼らは「クモの糸より優れたカイコの糸」を作り出すことはできなかった。「ある意味、こんなに簡単にできるとは思ってもいませんでした」とシュニープ氏は言う。

この方法では、絹の大量生産に伴う問題がすべて解決されるわけではない。一部の試みが目指すように、実験室でタンパク質を培養するのではなく、カイコから絹を得る必要がある。さらに、HFIP は大量生産にはあまり適していない。高価で毒性もかなり強いからだ。

しかし科学者たちは、この実験は最終的には研究者が追跡すべき糸口になるかもしれないと述べている。