防弾チョッキを超える強度――遺伝子組み換えカイコで「クモの糸」の生産に成功

中国の研究チームは、クモの糸を生産する遺伝子組み換えカイコを作製し、防弾チョッキに使用されるケブラーより6倍も丈夫な繊維を作ることに成功した。ナイロンなどの合成繊維に代わる、環境に優しい繊維を製造できる技術だ。完全長のクモ糸タンパク質の生産に成功したのは世界初だとし、研究成果を『Matter』誌に2023年9月20日付で公開している。

カイコが産生する絹は大規模に商業化されており、飼育技術も確立している。そのため、遺伝子組換えカイコを用いてクモ糸繊維を作ることができれば、低コストで大規模な商業化が可能になる。

環境問題を考える上で、持続可能で環境に優しく強靭な人工繊維の代替品が必要とされている。クモの糸は、合成繊維に代わる繊維として注目されている。しかし、これまでに開発されてきた人工クモの糸では、湿度や日光に対する耐性を持たせるために必要な、糖タンパク質や脂質からなる「キューティクル層」を、糸表面に再現することに苦労している。

研究チームによると、遺伝子組換えカイコはこの問題に対する解決策になるという。研究チームはCRISPER-Cas9遺伝子編集技術を利用して、クモ糸タンパク質の遺伝子をカイコのDNAに導入し、カイコの絹糸腺でクモ糸タンパク質を発現させることに成功した。こうして作成した繊維は、1299MPaの引張強度とケブラーの6倍という319MJ/m³の高靱性を示した。

研究チームは、クモ糸タンパク質がカイコの絹糸腺内に「局在化」し、絹糸腺内のタンパク質と適切に相互作用して繊維が紡がれるようにするために、新たに絹の「最小基本構造モデル」を開発した。このモデルは、ポリアミド繊維であるカイコの絹とクモの糸の力学的性能の違いを説明し、予測に応用できるとともに、クモ糸タンパク質の絹糸腺内における局在化をガイドする。局在化という概念と最小基本構造モデルが、これまでの研究と大きく異なる点だとしている。

研究チームは今後、今回の研究から得られたクモ糸繊維の強靭性に関する知見を応用して、天然と人工両方のアミノ酸からクモ糸繊維を生産する遺伝子組換えカイコを開発する予定だ。「クモの糸の大規模な商業化が目前に迫っていると確信しています。また、100万種以上の人工アミノ酸を導入することで、クモ糸繊維の可能性が無限に広がります」と、論文の筆頭著者であるJunpeng Mi氏は述べている。

防弾チョッキを超える強度――遺伝子組み換えカイコで「クモの糸」の生産に成功