Ovu je priču ispričao u tisućama Marvelovih stripova, stotinama crtanih serija i nekoliko box-office blockbustera o Spider-Manu i njegovim podvizima. Samo je igara o junaku stvoreno najmanje pedesetak, a odnedavno i premijera igre "Spider-Man" iz studija Insomniac Games, koju je objavila kompanija Sony, a koja gledateljima prikazuje život i Spider-Man-a i samog Petera Parker-a.
Marvel Universe temelji se na fantastičnoj predstavi. U svijetu mašte naši zakoni fizike ne primjenjuju se nužno, tako da sposobnosti Spider-Man-a ne zahtijevaju znanstvene dokaze, iako se temelje na znanosti i pretjerana su verzija stvarnih znanstvenih činjenica. Prema priči, Peter Parker je svoje moći stekao otrovom ozračenog pauka. Obdarili su ga nadljudskom okretnošću i brzinom, reakcijom i snagom, a s vremenom su doveli do razvijanja još impresivnijih sposobnosti, uključujući noćni vid i prekrasan miris.
Čvrstoća polimera
Glavna prednost Spider-Man-a, nesumnjivo, bila je sposobnost oslobađanja niti ljepljive i nevjerojatno izdržljive paukove mreže. Ako zanemarimo otpor zraka i smatramo da je pucanj strogo okomit, tada možemo procijeniti brzinu paukove niti: v = (2gh), odnosno v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, ili oko 160 km / h. Iako je to čak ni manje od brzine metka ili barem zvuka, energija koja je potrebna za to ne može impresionirati. Teško je zamisliti kako bi ga tijelo moglo dobiti bez dodatnog umjetnog izvora.
Ali snaga Spider-Man-ovih niti je prilično "znanstvena": paukova mreža jedan je od najjačih polimera na planeti. Zatezna čvrstoća mu je oko 1000 MPa, a u okvirima pauka Araneus diadematus doseže 2700 MPa. Takav pokazatelj je izvan snage najboljih razreda čelika s visokim udjelom ugljika. Stoga već 3 mm kabel Spider-Man (uzimajući njegovu snagu 1000 MPa) može izdržati opterećenje veće od 7000 N i nositi se s teretom do 720 kg - ili s težinom normalne osobe čak i pri jakim ubrzanjima pri padu.
Paukovu mrežu izlučuju specijalizirane žlijezde na stražnjem dijelu trbuha, a ista životinja može imati nekoliko vrsta žlijezda koje stvaraju mrežu s različitim svojstvima. Ali u svakom slučaju, po kemijskom sastavu ovo je poseban protein, vrlo blizak proteinu svile. Njegovi lanci bogati su glicinom (najmanja od aminokiselina, on pruža fleksibilnost polimernim lancima) i serinom (jedina aminokiselina u živim organizmima koja sadrži sumpor, koja je sposobna formirati dodatne veze koje jačaju oblik proteina). I pojedinačni dijelovi proteina sadrže izuzetno velike količine treće aminokiseline, alanina.
Promotivni video:
Činilo bi se, zašto su nam potrebni svi ti detalji? Međutim, upravo oni stvaraju posebnu mikrostrukturu proteina-pauka-paukova mrežica: alaninske regije tvore gusto nabijene kristalne regije, a glicinske regije - amorfne, elastične veze između njih. Sušenjem na zraku cijela se struktura otvrdne i tvori nit iz koje pauk tka dijelove svoje mreže. Taj je postupak težak, no ipak je sinteza weba još teža. Pauci troše toliko resursa na proizvodnju spidroina da često sami jedu stare i oštećene niti kako bi ih ponovo iskoristili.
Vanzemaljac
Pokušaji „ukrotiti“web i dobiti ga u laboratoriju, a zatim i u industrijskoj razmjeri, ne prestaju već desetljećima. Tijekom tog vremena bilo je moguće identificirati i izolirati gen spidroina iz pauka i prenijeti ga na druge organizme, pa je danas moguće ekstrahirati proteinski polimer ne samo iz posebno uzgajanih svilenih glista ili pauka, već i iz bakterija E. coli, genetski modificiranih biljaka duhana i krumpira, pa čak i iz … kozje mlijeko su životinje koje nose gen proteina pauka. Glavni tehnički problem na ovom području je, zapravo, tkanje niti iz ovog vrijednog resursa.
Pauci koriste izuzetno složen sustav paukovih mrežnih žlijezda: za razliku od istog mlijeka, od noktiju i kose, ovom materijalu potreban je osjetljiv, ravnomjeran postupak sinteze nakita. Spidroin mora biti ispušten pri strogo definiranoj maloj brzini i zaviti se u određenom trenutku, jer je u potrebnoj fazi otvrdnjavanja. Stoga su žlijezde nekih pauka izuzetno složene, sadrže nekoliko zasebnih rezervoara za sekvencijalno "sazrijevanje" mreže i njegovo formiranje. Teško je čak i zamisliti kako bi ga Spider-Man mogao tkati brzinom od 150 km / h. Ali samo za sintetiziranje spidroina čovjek budućnosti će biti prilično sposoban.
Ne, ništa poput gena ne prenosi se ugrizima, bilo da je to obična životinja ili čak radioaktivni pauk. Čak i samo „inducirano“zračenje, koje je moglo ustrajati na ujedu pauka koji je preživio teško zračenje, vjerojatno neće uspjeti dostići ozbiljnu razinu za nas - osim ako se njegov otrov sastojao od čistog plutonija. A "mutageni enzimi" jedva bi dali Peteru Parkeru potrebne supersile. Koliko znamo, takvi ljudi ne postoje u prirodi: naše tijelo, naprotiv, neprestano se bori protiv slučajnih mutacija, a cijele proteinske vojske neprestano su zauzete "popravljanjem" oštećene DNK. Suzbijanje ovih proteina povećava razinu mutacija - ali u ovom slučaju, Peter Parker bi, najvjerojatnije, jednostavno umro od nekih vrsta karcinoma koji su prepuni slučajnih mutacija.
Teško je moguće dobiti gine proteina spidroina koji nam trebaju. Da bi se to postiglo, određeni fragment DNK mora ne samo ući u tijelo, već i izbjeći napad imunološkog sustava, probijajući se kroz staničnu membranu, zatim nuklearnu membranu - i, na kraju, integrirati se u aktivno područje nekog kromosoma. Teško je zamisliti da se to dogodilo slučajno - virusi su ovu jednostavnu vještinu odgajali milijarde godina i bezbroj generacija. Stoga virusi mogu dati nadu da će jednog dana znanost Parkerove dobrovoljce pretvoriti u nešto poput pravog Spider-Man-a.
Energija i nanotehnologija
Doista, 2010. godine, kada su dobivene koze koje proizvode mlijeko s proteinima paukove mreže, znanstvenici su koristili modificirane viruse za prijenos gena. Ne mogu naštetiti stanici, ipak su zadržali sposobnost da se vežu na nju i isporučuju umjetni analog gena spidroina. Usput, na ovaj način polimer je utkan u izuzetno izdržljiv materijal, koji je Nexia Biotechnologies promovirala pod zaštitnim znakom BioSteel, ali proizvodni postupak nikada nije doveden do ekonomski opravdanih troškova i razmjera, pa je danas tvrtka bankrotirala. Ali mi smo se odvratili.
Fragmenti DNK potrebni za sintezu spidroina uneseni su u koze u fazi jednoćelijskih embrija. Potom su ti geni pronađeni u svim kćerinim stanicama formiranog organizma, iako su ih znanstvenici integrirali u onaj dio genoma koji je bio aktivan samo u stanicama uključenim u sintezu majčinog mlijeka. Ako Petera Parkera želimo pretvoriti u Spider-Mana, bit će mnogo teže. Prvo, ciljni gen mora se pojaviti u kromosomima odraslog organizma, odjednom u mnoštvu formiranih stanica na određenim dijelovima kože i svugdje se integrirati u željeno područje.
Teoretski, najnovije tehnologije koje sada prolaze kroz razne faze proučavanja i laboratorijskih ispitivanja to mogu omogućiti, plus neke ideje koje ostaju pitanje udaljenije budućnosti. Konkretno, poboljšana CRISPR / Cas metoda obećava preciznu integraciju gena u željene regije kromosoma. Koristi poseban skup bakterijskih enzima i RNA da napravi rezove u lancu DNA na određenom mjestu. Vlastiti enzimi stanice odmah se žuri da saniraju ovo umjetno oštećenje i koriste prvi "flaster" koji dolazi zajedno - obično fragment gena koji ljudi trebaju uvesti zajedno s proteinima Cas.
Retrovirusi mogu osigurati transport za isporuku čitavog skupa molekula, kao što je to učinjeno s kozama. A nanotehnologija će omogućiti opremanje školjki virusnih čestica s elementima, na primjer, reakcijom na magnetsko polje, kako bi se izmjena gena strogo aktivirala u potrebnim stanicama odraslog Petera Parkera. Teže je zamisliti kako bi iz stanica njegove kože i, očito, iz znojnih i lojnih žlijezda bilo moguće dobiti arahnoidne žlijezde, složene mnogo složenije i drugačije raditi. No, glavni problem ostaje metabolizam.
Poput leta ptica, zmijskih otrova ili mozgova ljudi, mreža je nevjerojatno složena prilagodba, pravo remek-djelo evolucije koja je osigurala uspjeh velike skupine životinja. Ali mozak, i let, i sinteza toksina i paučine su prilagodbe koje su za tijelo izuzetno skupe. Eksperimenti s australijskim rođacima gmizavaca pokazali su da nakon ugriza moraju povećati svoj metabolizam za gotovo 70% kako bi postepeno obnovili opskrbu proteinskim otrovima. Koliko bi se trebao povećati metabolizam osobe da bi mogao sintetizirati stotine metara debelo konopce? Koliko mu treba hrane i koliko kalorija treba biti? Čini se da sve ovo obrazloženje svrstava naše snove o pravom Spider-manu.
Umjesto govora
Čak i ako samo po malo želimo dobiti osobu sposobnu za sintetizaciju mreže, to neće biti dovoljno da dodate spidroin gen Peteru Parkeru. Iste napomene vrijede i u našem slučaju. Morat ćemo uzgajati paukove žlijezde u njemu, osigurati mu pojačani metabolizam, što će mu dati dodatnu brzinu, okretnost i ravnotežu - i energiju za sintezu weba. Malo je vjerojatno da je to moguće u okviru našeg tijela, a malo je vjerojatno da će se takvi eksperimenti ikada izvoditi. Ali snaga polimera pauka prije ili kasnije će nam doći u službu, a dobit ćemo novi nevjerojatan materijal za tešku i laganu odjeću, kabele, za medicinu i sofisticiranu optiku. Možda takvi proizvodi neće izgledati toliko impresivno kao fantastični Spider-Man, ali vjerojatno će ništa manje spasiti živote.