Des chercheurs chinois créent des vers mutants qui fabriquent de la soie d’araignée | Science

Des chercheurs chinois ont génétiquement modifié des vers à soie pour produire de la soie d’araignée. Les fils obtenus combinent les propriétés mécaniques de fibres synthétiques comme le nylon, l’un des plus résistants, ou le Kevlar, un matériau utilisé dans les gilets pare-balles. Les auteurs des travaux, publiés dans la revue scientifique Matièreestiment que la production massive de soie d’araignée serait une alternative aux matériaux synthétiques dont les vertus en font un problème environnemental une fois leur vie utile terminée.

La production de soie est l’une de ces merveilles de la nature dont les humains ont profité. Il y a des millénaires, quelque part en Asie de l’Est, des spécimens de vers à soie sauvage (Mandarine Bombyx) ont commencé à être élevés en captivité. Au cours du processus de domestication, ses papillons ont perdu la capacité de voler et le ver a commencé à dépendre de ses reproducteurs pour se nourrir de feuilles de mûrier blanc. Ils avaient créé le ver à soie domestique (Bombyx mori). Vos papillons ne voleront pas, mais ce sont quand même des animaux magnifiques : un papillon de nuit peut pondre des centaines d’œufs d’où émergent de minuscules vers de quelques millimètres qui multiplient leur taille par 40 en six semaines environ. Ensuite, ils arrêtent de manger et leur tête grossit. Le moment de la métamorphose approche et pendant quelques jours le ver sécrète autour de lui son fil de soie, filant pour créer un cocon. A ce stade, les sériculteurs cuisent les cocons, avec la chrysalide à l’intérieur, et après un processus de séchage, ils démêlent le cocon. La longueur de la fibre peut dépasser 1 000 mètres. Brillante, légère, très douce, respirante, biodégradable, relativement résistante, la soie manque d’autres propriétés mécaniques qui ont limité son utilisation à l’industrie textile, à certaines applications médicales et à rien d’autre.

Aujourd’hui, des chercheurs de plusieurs universités chinoises proposent qu’il soit possible de créer une soie aussi résistante à la tension que les lignes de pêche en nylon et aussi dure qu’un autre des matériaux synthétiques les plus célèbres, le Kevlar. Pour ce faire, ils mettent leurs yeux et leurs connaissances sur les araignées. comme des vers B.mori, la plupart des 41 000 espèces d’arachnides connues produisent de la soie. Et certaines, comme l’araignée d’écorce de Darwin, qui habite les jungles en déclin de Madagascar, fabriquent la fibre animale la plus tenace jamais trouvée. En physique, la ténacité fait référence à la capacité d’un matériau à résister à la déformation jusqu’à sa rupture. Il se trouve que la soie de ver et la soie d’araignée sont des polyamides naturels. Pendant ce temps, le nylon et le Kevlar sont des polyamides synthétiques. Ces dernières ont apporté de grands bénéfices à la société, mais elles comptent parmi les plus grands pollueurs de l’environnement en raison de leur durabilité et il est urgent de trouver des substituts durables.

Ces scientifiques chinois ont donc envisagé la possibilité de produire de la soie d’araignée. Hormis quelques tests en laboratoire, la production en masse de ce fil semble impossible : aucune espèce d’araignée n’a été domestiquée pour les sélectionner pour certains traits. De plus, ils sont territoriaux et ont tendance à se manger. L’élevage à grande échelle de ces animaux ne semble donc pas avoir beaucoup d’avenir. L’autre option était de recourir à la génétique et c’est ce qu’ils ont fait.

En utilisant la technique d’édition CRISPR, ils ont inséré des gènes qui expriment les protéines de la soie d’araignée dans les glandes sécrétoires avec lesquelles le ver crée les siennes. Et ils l’ont fait alors qu’ils étaient encore à l’intérieur des œufs grâce à des microinjections. Après l’éclosion, ils ont pu terminer leur cycle de vie jusqu’à ce que, pendant la phase papillon, ils s’accouplent avec d’autres papillons non génétiquement modifiés. À partir de la génération suivante, ils ont sélectionné plusieurs vers, dont certains étaient des mutants. Ils étaient tous capables de sécréter de la soie et après l’avoir filée de force (voir image ci-dessus), ils l’ont analysée pour déterminer sa structure chimique et ses propriétés mécaniques.

Le fil de soie des vers mutants a montré « une résistance à la traction impressionnante (1,3 GPa) et une ténacité (300 MJ/m³) six fois supérieures à celles du Kevlar », écrivent les auteurs dans les conclusions de leurs travaux. La première propriété, celle de la résistance, s’exprime en (giga)pascals, l’unité de pression. À titre de comparaison, le premier nylon breveté (non inventé) par le géant chimique DuPont il y a près d’un siècle avait une résistance à la traction de 0,08 GPa, bien que les versions actuelles se soient grandement améliorées. Concernant la ténacité, ses valeurs sont exprimées en joules par mètre cube. La valeur atteinte par la soie d’araignée est l’une des plus élevées jamais atteintes pour une fibre, que ce soit par la nature ou par l’homme.

“Avec ce procédé, il est clairement possible de produire des fibres de soie d’araignée à grande échelle”

Randy Lewis, professeur retraité de l’Utah State University (États-Unis) et pionnier de la manipulation génétique des vers à soie

Le premier auteur de l’étude, Junpeng Mi, chercheur à la Faculté des sciences biologiques et de génie médical de l’Université de Donghua (Chine), souligne dans un communiqué que la soie d’araignée est « une ressource stratégique qui doit être explorée de toute urgence ». . Pour Moi, ce matériel aurait un large champ d’applications, à commencer par le vôtre, la médecine. « Ce type de fibre peut être utilisé pour les sutures chirurgicales, répondant à une demande mondiale qui dépasse les 300 millions d’interventions par an », précise-t-il. Les fibres de soie d’araignée pourraient également être utilisées pour créer des vêtements aux propriétés nouvelles, des gilets pare-balles, des matériaux intelligents, des technologies aérospatiales ou une ingénierie biomédicale. La clé est de mettre à l’échelle ce qu’ils ont réalisé avec quelques vers en laboratoire.

« La fibre de vers à soie est actuellement la seule fibre de soie animale commercialisée à grande échelle, avec des techniques de sélection bien établies », rappelle Mi. “Par conséquent, l’utilisation de vers à soie génétiquement modifiés pour produire de la fibre de soie d’araignée permettrait une commercialisation à grande échelle et à faible coût.”

Le coût, c’est l’un des obstacles possibles au succès de cette idée. C’est la question soulevée par Gustavo Plaza, professeur à l’Université Polytechnique de Madrid (UPC) et chercheur en science des matériaux. Pendant des années, Plaza a étudié tous les types de soie, vers, diverses espèces d’araignées, synthétiques… Bien qu’il étudie maintenant d’autres biomatériaux avancés, il pense que l’idée de produire de la soie d’araignée avec des vers mutants peut fonctionner. “Techniquement, c’est viable et pourrait l’être commercialement, mais il faudrait regarder le coût par rapport à celui des fibres synthétiques”, dit-il.

Le chercheur espagnol est d’accord avec les Chinois sur le fait que la soie d’araignée « combine le meilleur des fibres comme le nylon ou le Kevlar ». Les araignées produisent, comme il l’explique, jusqu’à sept types de soie différents. « Les meilleurs fils sont ceux qui proviennent des rayons de leurs toiles d’araignées », dit-il. Mais son système de sécrétion est aussi sophistiqué que celui du ver à soie. À tel point que les humains n’ont pas pu le reproduire. Plaza le reconnaît : « Nous avons dissous la soie et l’utilisation de ces mêmes protéines pour la refiler ne lui a pas conféré les mêmes propriétés. “Nous ne pouvions pas copier les araignées et les vers à soie.”

il y a une douzaine d’années Il y a déjà eu une autre tentative pour que les vers fabriquent de la soie d’araignée.. L’un de ces pionniers est Randy Lewis, chercheur et professeur récemment retraité de l’Université d’État de l’Utah (États-Unis). Lewis, qui n’a pas participé aux travaux de ses collègues chinois, reconnaît deux avancées majeures par rapport à leurs travaux : « La première est qu’ils ont identifié la structure protéique fondamentale de la fibre de soie et ce qui la rend résistante. La deuxième chose est qu’ils ont créé des vers à soie qui produisent la protéine de soie d’araignée dans la fibre du cocon au lieu de la protéine du ver à soie. Ce dernier est la principale différence entre son travail et les autres. Dans le précédent [como el suyo] il y avait toujours de la protéine de ver à soie présente dans la fibre. Lewis est d’accord avec l’Espagnol Plaza et le Chinois Mi selon lequel « avec ce procédé, il est clairement possible de produire des fibres de soie d’araignée à grande échelle ».

Vous pouvez suivre MATÉRIEL dans Facebook, X e Instagramcliquez ici pour recevoir notre newsletter hebdomadaire.