Trung Quốc phát minh thành công một loại ‘vật liệu’ đặc biệt nhờ 'bí thuật' biến đổi gene, hiệu quả gấp 6 lần thông thường, dự kiến đem lại đột phá cho hàng loạt lĩnh vực từ y tế đến hàng không vũ trụ

South China Morning Post (SCMP) đưa tin, trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Matter, các nhà khoa học Trung Quốc cho biết họ đã tổng hợp thành công các sợi tơ nhện hoàn chỉnh đầu tiên từ tằm biến đổi gene. Được biết, nó bền chắc hơn hầu hết sợi tự nhiên và tổng hợp như sợi Kevlar.

Họ nói rằng sợi tơ nhện có cả độ bền khi kéo cao và độ dẻo dai đặc biệt. Độ dẻo dai của chúng lớn gấp 6 lần sợi Kevlar và độ bền kéo (khả năng chịu sức căng khi kéo giãn) cũng cao hơn so với nylon.

Trả lời phỏng vấn với Post, Mi Junpeng, tác giả chính của nghiên cứu cho biết loại sợi mới có vô số công dụng, trong đó thiết thực hàng đầu là ứng dụng làm chỉ khâu phẫu thuật, sản xuất quần áo chống đạn, vật liệu thông minh và dùng cho công nghệ hàng không vũ trụ.

Được biết, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ chỉnh sửa gene CRISPR-Cas9 để biến đổi gene trứng tằm. Sự điều chỉnh này khiến mắt tằm phát sáng dưới kính hiển vi huỳnh quang. Để đảm bảo tằm biến đổi gene có thể sản sinh protein nhện, trước tiên các nhà nghiên cứu cần hiểu rõ hơn về cấu trúc tơ. Theo bài báo được công bố, họ đã sử dụng một mô hình cấu trúc tơ được kiểm nghiệm thông qua thí nghiệm thành công.

Nhà khoa học Mi Junpeng nói một trong những thách thức lớn trong công trình của họ là cần xác định làm thế nào để "cô lập" protein nhện, từ đó khiến chúng có thể tương tác với protein tằm. Việc dựng mô hình cho phép họ hiểu rõ hơn cần thực hiện chỉnh sửa như thế nào để đảm bảo quá trình tích hợp hiệu quả.

Ngoài ra, ông cũng cho biết việc thu thập tằm biến đổi gene thành công cũng là một thách thức lớn, bởi quá trình sẽ cần tới 100 quả trứng để thu được vài con tằm chuyển gene. Tằm cũng cần chăm sóc thường xuyên bởi chúng "ăn nhiều lần trong ngày".

Trong bài nghiên cứu cũng đề cập, tơ nhện vừa thân thiện với môi trường, vừa bền chắc và dẻo dai hơn sợi tổng hợp như nylon và Kevlar - vốn cần nguồn năng lượng cao trong quá trình sản xuất và gây ô nhiễm môi trường.

Tơ nhện cũng bền chắc hơn và kém giòn hơn so với tơ tự nhiên do tằm sản xuất. Nhưng sản xuất tơ nhện trên quy mô lớn rất khó vì nhện ăn thịt đồng loại và không thể nuôi chúng cạnh nhau với số lượng lớn.

Tơ nhện nhân tạo không phải lý tưởng bởi ngay cả phương pháp sản xuất tiên tiến nhất cũng khó có thể mô phỏng đầy đủ cấu trúc tự nhiên, bởi một phần do giới nghiên cứu chưa thể hiểu rõ cơ chế se tơ.

Tơ cũng có lớp biểu bì bảo vệ tự nhiên không thể mô phỏng bằng phương pháp nhân tạo. Họ cho biết, các tuyến ở tằm và nhện cũng có đặc điểm tương tự, vì vậy tơ nhện sản xuất qua phương pháp của nhóm nghiên cứu vẫn giữ được đặc điểm về cấu trúc và lớp bảo vệ.

Bài báo đã chỉ rõ thành tựu của các nhà nghiên cứu đã giải quyết một cách hiệu quả các thách thức khoa học, công nghệ và kỹ thuật - vốn cản trở việc thương mại hóa tơ nhện. Đồng thời nó cũng đã đưa ra một phương pháp tiết kiệm chi phí, có thể mở rộng và thân thiện với môi trường hơn.

Trong tương lai, ông Mi và cộng sự có thể sẽ sử dụng axit amin tổng hợp để biến đổi tơ và sản xuất nhiều phiên bản bền chắc hơn nữa.

Tham khảo SCMP