Supplement til blad nr. 155

Køb af bladet: her

BioNyt nr. 155 indeholder en artikel om: Silke med superstyrke. (Gensplejsede silkeorme med gener fra edderkopper).

FIND SVARENE PÅ DISSE SPØRGSMÅL OM SILKE:

Hvad er den stærkeste fiber i naturen? Kan man avle edderkopper? Er silke af edderkop-styrke markedsført? Hvad vil superstærk-silke blive brugt til? Hvor meget edderkop-tråd er der i de gensplejsede silkeormes silke? Hvordan ser hybridsilke med edderkop-komponenter ud? Hvilke egenskaber har hybridsilke med edderkop-komponenter? *) Hvornår lærte man at gensplejse silkeorme? Er de dyrkede silkeorme genetisk anderledes end de naturlige silkeorme? Har man indsat gener for silkeprotein i andre organismer? Kan man fremstille kunstigt edderkop-spind? Hvem udviklede silkeorme med edderkop-komponenter? Hvordan udførtes gensplejsningen mellem silkeormen og edderkoppen? Har man vævet stof af edderkop-spind? Hvor længe har der været edderkopper på Jorden? Hvordan er edderkoppe-spind opbygget molekylært? Hvordan tapper man silke fra en edderkop? Hvordan har man forsøgt at forbedre silkes egenskaber? Hvor længe er en silkeorm om at udvikle sig? Hvordan laves en silketråd? Hvordan laver silkeormen sin silketråd? Hvordan er silkeormens silke opbygget molekylært? Hvorfor har silke sin skinnende glans? Hvilke insekter laver silke? Kan man spinde silke af kokoner fra naturen? Har silke nogle dårlige egenskaber? Er silke brugbart i koldt vejr? Er silke brugbart i varmt vejr? Hvor holdbart er silke? Kan silke krympe? Hvad har man anvendt silke til – og hvad kan silke bruges til i fremtiden? Kan silke bruges til lægens syning under kirurgi? Kan silke bruges mod eksem? Hvor mange silkeorme skal bruges til 1 kg silke? Hvilket slags dyr er silkeormen? Hvem opfandt brugen af silkeorme til at lave silke? Hvad er silkevejen? Hvilke lande producerer silke? Hvad blev silke oprindelig brugt til? Hvor længe har man handlet med silke? Hvornår blev hemmeligheden ved silkefremstilling afsløret? Må muslimer bruge silke? Har man produceret silke i Europa? Har man dyrket silke i Amerika? Har man lavet kunstigt silke? *) Såsom: materialeforskning, ingen immunreaktion, klæbrig gel, vævsdyrkning, indlejret medicin, optiske egenskaber, elektronik på hjernen, mikro-injektionsnåle, hjerteoperationer, kunstige blodkar.

Denne side er et supplement til **BioNyt – Videnskabens Verden**nr.155
Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden **her!**

Du kan søge på siden med Ctrl-F eller Ctrl-B
(eller bruge en anden søge-genvej på computeren).

Silke og gensplejset silke

Hvad er den stærkeste fiber i naturen? Edderkop-livlinetråd er kendt for at være den stærkeste fiber i naturen! (ref.9807)(ref.9806). Edderkoppens livlinetråd angives undertiden til at være 5-10 gange stærkere end stål, – eller man kan se angivet, at edderkoppetråd vægt for vægt skulle kunne være 20 gange stærkere end stål, og 4-5 gange sejere end Kevlar (DuPont's Kevlar-tråde er et syntetisk materiale, som bruges til skudsikre veste)
Kan man avle edderkopper? Edderkopper er svære at avle – de kan ikke holdes i farme, fordi de i tæt bestand æder hinanden.
Er silke af edderkop-styrke markedsført? Silke har en stor fremtid for sig – bl.a. fordi man nu har gensplejsede silkeorme, der kan spinde edderkop-livlinetråd!(ref.9805). Den nye hybridsilke, der altså produceres af transgene silkeorme, er godt på vej til at blive markedsført. Storskala­produktion af superstærke silketråde synes (2012) at være inden for rækkevidde (ref.9792), og Kraig Labs er i gang med at finde en egnet producent af denne førstegenerations supersilke-variant (ref.9812).

Der er stadig et stykke vej at gå med hensyn til at optimere processerne og få udbyttet op, men det er hermed i princippet vist, at det kan lade sig gøre at producere en kimær silkefiber med forbedrede egenskaber, så nye anvendelser synes at være inden for rækkevidde (ref.9792).
Hvad vil superstærk-silke blive brugt til? I første omgang vil silken, som er styrket ved at indeholde dele fra edderkop-livlinetråd, blive brugt til traditionelle specialanvendelser for silke, herunder til stærke kirurgiske sutur-tråde(ref.9812). I det hele taget forventer man, at silke med nye egenskaber har en stor fremtid for sig inden for lægevidenskaben.

Hvor meget edderkop-tråd er der i de gensplejsede silkeormes silke? De gensplejsede silkeorme kan lave en sammensat silke, der skønt silken kun indeholder 2-5% edderkop-silkeprotein alligevel har øget styrke og elasticitet i forhold til almindelig silke.

Procenten af edderkop-silkeprotein siger ikke så meget om fiberens styrke. Disse edderkopproteiner virker nemlig ligesom forstærkninger i cement – der skal ikke så meget til for at øge styrken væsentligt(ref.9812).

Hvordan ser hybridsilke med edderkop-komponenter ud? Den nye hydridsilke kaldes Monster Silk af producenten – “et smukt produkt,” som Kim Thompson siger. Det har en anderledes nuance og glans end almindelig silke.

Hvilke egenskaber har hybridsilke med edderkop-komponenter? Silkeorm-silke med egenskaber fra edderkop-tråd har været et vigtigt mål i mange år for materialeforskere(ref.9796). Det skyldes, at edderkoppe-silke potentielt har talrige specielle tekniske anvendelser.

Fri for immunreaktion
Edderkoppespind udløser ingen immunreaktion i kroppen (sådan som ubehandlet silkeorme-silketråd gør(ref.9807)), og da spindtrådene under alle omstændigheder er bionedbrydelige, vil de kunne bruges ved operationer og til vævsskabeloner mv.

Elektrisk styring af klæbelighed
En særlig egenskab ved edderkoppespind er, at det ved elektrisk påvirkning kan gøres klæbende, og igen ikke-klæbende, afhængig af, om det udsættes for elektricitet – eller om den elektriske påvirkning afbrydes (ref.9796). Man vil derfor kunne ændre edderkopsilken til en klæbrig gel, som klæber til vævet, ved blot at tænde for det omgivende elektriske felt. Derefter kan man vende eller afbryde det elektriske felt, så materialet igen bliver til en ikke-klæbende opløsning. Ingen andre polymerer har denne egenskab. Man kunne f.eks. tænke sig, at et sådant materiale kunne bruges til at stoppe en blødning i en patient på vej til hospitalet, og at materialet så igen kunne gøres ikke-klæbende, når patienten var kommet frem til hospitalet, så lægen kan komme til ved læsionsstedet.

Silkeskabelon til vævsdyrkning er endnu en spændende egenskab.
David Kaplan fra Tufts universitet i Medford, Massachusetts, har studeret silke i over 20 år. Han har kunnet vise, at stamceller gerne vokser på og i et materiale af silke. Silke kan derfor bruges som skabelon for vækst af f.eks. et stykke kunstig knogle eller muskel (ref.9801). Edderkoppers livlinetråd behøver ikke at blive ændret på nogen måde, hvis man vil bruge materiale heraf som skabelon for vævsdyrkning, idet fibroblast-celler fint klæber til dette materiale og vokser på det (ref.9807).

Silke kan holde på lægemidler, hvilket er en særlig interessant egenskab.
Silke kan holde på lægemidler som så først frigives, når spindet opløses. Et egnet opløsningstidspunkt vil man kunne indrette tidsmæssigt, som man ønsker det.

Enzymer fortsætter med at fungere, efter at de er blevet indlejret i silke. Silken kan konstrueres således, at den afgiver sit indhold af enzymer (eller andre proteiner) efter en bestemt tid, fra få sekunder til et år, ved under produktionsprocessen at indstille, hvor hurtigt silken skal lade sig opløse (ref.9796).

Silke med indlejret medicin kan tænkes indopereret i patienter, som har brug for medicinbehandling over lang tid(ref.9802).

Silke har interessante optiske egenskaber, som er unikke.
Fiorenzo Omenetto fra Tufts University er fysiker med speciale i optisk forskning, og har brugt silke til bl.a. at lave linser, sensorer, hologrammer og "diffraktive gitre" (dvs. gitre med få mikrometers gitterafstand, hvilket medfører diffraktion, idet lys med forskellige bølgelængder forlader gitteret i forskellige vinkler, som ses som forskellige farver) (ref.9799).

Silke kan bruges til at påføre elektronik på hjernen.
John Rogers m.fl. arbejder således med noget, som betegnes "smeltelig elektronik". Han har vist, at silke kan bruges til at påføre ultratynd elektronik direkte på overfladen af hjernen. Det kan tænkes anvendt til at diagnosticere epilepsi eller til at forbedre en hjerne/computer-interface (ref.9796). Man kan påføre elektronik på en silkefilm, som er bøjelig, og som (på grund af kapillærkræfter) vil følge konturerne af hjernen(ref.9803). Når elektronikken således er lagt på plads, kan silken ­opløses med saltvand eller nedbrydes af det omliggende væv.

Silke kan bruges til mikro-injektionsnåle.
Nogle lægemidler kan som bekendt indgives gennem munden, men en hel del lægemidler ville i så fald blive nedbrudt i mave/tarm-kanalen. Alternativet, indsprøjtning ind under huden (hypodermisk injektion), kan være smertefuld eller skræmmende for nogle patienter, og giver ikke mulighed for langsom frigørelse af lægemidlet. (Dog kan lægemidler med en lille molekylstørrelse i nogle tilfælde overføres ved diffusion gennem huden ved anvendelse af plastre med lægemidlet). Imidlertid vil man kunne gøre injektioner smertefrie ved at bruge mikronåle af silke. Forskere har i lang tid forsøgt at fremstille mikronåle, der kan gennemtrænge det øverste lag af huden uden at ramme nerverne. Men dels omfatter de gængse metoder til fremstilling af mikronåle, at man må bruge produktions­betingelser, som ofte ødelægger følsomme lægemidler, og dels har det som regel ikke været muligt at opnå en tilstrækkelig præcis frigørelse af lægemidlet ved mikronål-metoden. Mange af disse problemer ser nu ud til at kunne løses ved at anvende silkeprotein (fibroin-proteiner). David Kaplans forskergruppe ved Tufts Universitet har udviklet en ­mikronål af silke til indgivelse af præcise, små mængder af lægemidler over en kontrolleret tidsperiode. De små nåle kan fremstilles under normale temperaturforhold og trykforhold – og i vand, således at de kan fyldes med følsom medicin, som bevarer aktiviteten indtil brug.

Silke-mikronåle kan opbevares med deres indhold af medicin uden afkøling, da silkematerialet stabiliserer lægemidlet. Endvidere er silke-mikronåle biokompatible og bionedbrydelige. Forskerne har beskrevet fremstillingen af de nyudviklede silke-mikronåle i Advanced Functional Materials, online-publ. d. 2. december 2011 (ref.9788). Ved fremstillingen blev der lavet en negativ form ved at støbe en elastomer af polydimethylsiloxan over en mikronålmasterform af aluminium med mange ½ mm høje nåle med en top-diameter på under 10 µm [ µm = mikrometer, dvs. tusindedele millimeter]. En opløsning indeholdende silkefibroin og lægemiddel blev udhældt over elastomeren. Efter tørring kunne de lægemiddelholdige silkemikronåle så fjernes fra elastomeren(ref.9788). Nedbrydningen af mikronålene og diffusionshastigheden af deres indesluttede lægemiddelmolekyler kan kontrolleres ved at tilpasse strukturen af silken (ref.9788). Mikronålene er foreløbig afprøvet med to modelstoffer: Dels på et stort molekyle (enzymet peberrod­peroxidase) og dels på et lille molekyle (tetra­cyklin, som er et antibiotikum). Begge modelsystemer fungerede fint ved disse afprøvninger (ref.9788).

Silke kan bruges som hjælpemiddel ved hjerteoperationer.
John Castellot, der er professor ved Tufts universitet og arbejder med hjerte/kar-sygdomme, er begejstret for silke. Når der foretages en bypass-operation eller en ballonudvidelse, opstår der blodkar-skader. Sådanne skader bliver normalt hurtigt repareret af kroppen. Men undertiden går det galt, så blodkarrene bliver blokeret. Endothelceller i blodkarrets væg forsøger at holde blodkarret åbent, men celler fra den glatte muskulatur forsøger omvendt ved vækst at lukke de beskadigede blodkar. Det er en kamp, som de glatte muskelceller uheldigvis undertiden vinder, så blodkarret lukkes. Normalt vil man sætte en "stent" i blodkarret for at holde det åbent. En sådan stent kan belægges med et medikament, der hindrer muskelcellerne i at lukke blodkarret. Men de midler, man kan få til at hænge fast på stenten, skelner ikke mellem celletyperne. Midlerne dræber derfor både muskelceller og endothelceller. Det er her, at John Castellot ser store muligheder ved at anvende silke (ref.9790). Der vil kunne opnås langt større styringsmuligheder, hvis man belægger stenten med et silkemateriale, der kan binde store proteiner, som så kan skelne mellem muskelceller og endothelceller og som indrettes til kun at hæmme væksten af muskelceller.

Silke kan tænkes brugt til at fremstille kunstige blodkar.
Kunstige blodkar af silke kan tænkes brugt ved hjerte/kar-operationer (ref.9790).
Hvornår lærte man at gensplejse silkeorme? Muligheden for at gensplejse silkeorme er af ret ny dato. Den danske professor Rasmus Nielsen, der er tilknyttet Københavns Universitet og University of California, var i 2009 sammen med en lang række udenlandske forskere med til at kortlægge genom-sekvensen hos 40 forskellige racer af silkeorme, hvoraf 29 racer var fra silkeormefarme og 11 racer var fra naturen(ref.9794). Med mere viden om generne kan man lettere finde de højst producerende silkeormearter uden at skulle avle sig frem til racer, der giver højere udbytte, hvilket ville tage meget længere tid. Kortlægningen af genomet vil naturligvis også være nyttig ved gensplejsning – f.eks. for at indsætte gener fra edderkopper i silkeormens genom.

Er de dyrkede silkeorme genetisk anderledes end de naturlige silkeorme? Det hat vist sig, at silkeorme fra farmene bl.a. har evolutionære ændringer af genet Sgf-1, der sørger for en større og mere effektiv produktion af silke.

Har man indsat gener for silkeprotein i andre organismer? Gener for silke-protein er tidligere blevet indsplejset i kolibakterier, kartoffelplanter, tobaksplanter og geder. Men man er ofte stødt på det problem, at nanostrukturen af proteinet ikke bevares. Man har f.eks. forsøgt at producere edderkoppespind-proteiner i bakterier og gærceller, men de lange proteiner dannede uopløselige klumper inde i bakterierne og gærcellerne. Selv når det lykkedes at ekstrahere de lange tråde, var det et problem at spinde lange fibertråde af dem.

Kan man fremstille kunstigt edderkop-spind? Man har ofte haft vanskeligheder i forsøg på at fremstille edderkoppespind kunstigt på anden måde, fordi det er vanskeligt at lave de meget lange proteinkæder, som findes i det naturlige edderkoppespind. Det lykkedes først at fremstille edderkoppespind, da man brugte pattedyrceller og senere geder. Gederne kan producere proteinerne, fordi pattedyr producerer mælkeproteiner på nogenlunde samme måde, som edderkopperne producerer deres spindproteiner (ref.9791).

Som beskrevet i BioNyt nr. 136 blev der i 1993 oprettet et firma, Nexia Biotechnologies, med henblik på at producere silke i geder. Til dette formål blev der anskaffet nigerianske dværggeder, der allerede begynder at formere sig og producere mælk, når de er godt 3 måneder gamle. I 2000 blev det rapporteret, at Nexia Biotechnologies havde avlet geder, som var gensplejset med edderkoppegener (ref.9791). Men udbyttet var lavt, fibrene skulle spindes bagefter, og det viste sig for dyrt at opskalere denne produktionsmetode.

En 2. generationsudgave med 100% edderkoppe-silke er allerede i et fremskredet udviklingsstadie og forventes snart at kunne markedsføres også. Denne fiber udvikles under anvendelse af Sigma-Aldrich Corp.’s “zinkfinger-gensplejsningsteknologi”, og forventes at ville have specielle egenskaber til medicinsk anvendelse, militær anvendelse og materialeanvendelse mv. Edderkoppesilke forventes at være stærkere end aramid-fibre (der er en type, som er et varmeresistent, stærk, syntetisk "aromatisk polyamid" til skudsikre veste mv.), og vil måske være brugbar som styrke-materiale i ultra-højmolekylvægt-polyethylen” (ref.9812).

En 3. generationsfiber med bl.a. særlige kemiske egenskaber er også under udvikling (ref.9812).
Hvem udviklede silkeorme med edderkop-komponenter? De silkeorme, der i 2012 ved gensplejsning blev gjort i stand til at danne edderkoppe-silke, blev fremstillet af forskere ved et privat, ­katolsk universitet, University of ­Notre Dame, der er beliggende ved South Bend i Indiana, USA (i et samarbejde med University of Wyoming i Laramie og Zhejiang universitet i Kina).

University of Notre Dame indgik d. 3. nov. 2011 en kommerciel aftale med et af verdens førende firmaer inden for rekombinant-fibre, Kraig Biocraft La­boratories i Lansing, Michigan, som selv samarbejder med det store bioteknologiske firma Sigma-Aldrich om at udnytte deres "zinkfinger-teknologi" til gensplejsning(ref.9812).

Den 5. jan. 2012 publicerede universitetsforskerne, der nu delvis er lønnet af Kraig Biocraft, en videnskabelig artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences, som beskrev dette silkeorm/edderkop-forskningsgennembrud under titlen ”Silkworms transformed with chimeric silk­worm/spider silk genes spin composite silk fibres with improved properties”(ref.9789).

Bevæbnet med en eksklusiv licens til at anvende patenterede teknologier udviklet af Randolph V. Lewis fra University of Wyoming begyndte Kraig Labs grundlægger og direktør Kim Thompson et samarbejde med Malcolm J. Fraser fra University of Notre Dame om at udnytte dennes piggyBac-gensplejsningsteknologi til formålet.

Det lykkedes at få silkeormene til at producere et hybridmateriale af silkeorm/edderkop-silkeproteiner i meget stabil struktur (ref.9789). Storskala­produktion af superstærke silketråde synes nu at være inden for rækkevidde (ref.9792), og Kraig Labs er nu i gang med at finde en egnet producent af denne førstegenerations supersilke-variant (ref.9812).

Hvordan udførtes gensplejsningen mellem silkeormen og edderkoppen? Med PiggyBac-vektorerne kunne man – i en transgen silkeorm – kombinere genet for en edderkop-silketråd med gener for silkeorme-proteiner. PiggyBac-vektorerne var blevet udviklet af Malcolm J. Fraser som et værktøj til gensplejsning i ­insekter. PiggyBac-vektorer er stykker af DNA, som kan skære sig selv ud af ét område i et insektgenom og splejse sig selv ind et andet sted i samme genom. Med andre ord er PiggyBac-vektorer hoppende DNA. De hoppende DNA-stykker kan medbringe andre gener, og man kan derved f.eks. også styre, at genet skal aktiveres i netop silkeormens spytkirtler, hvor produktionen af det rekombinante (kimæriske) protein jo skal ske (ref.9789). Hermed får man silkeormen til selv at samle silkeproteinerne til en lang fibertråd – et trin, det har været meget svært, ja nærmest umuligt at efterligne kunstigt.

Den designede piggyBac-vektor indeholdt gener, der koder for det syntetiske edderkoppetråd-protein A2S814 (som indeholder både elastiske og stærke motivområder), sammen med gener, der koder for den tunge fibroinkæde (fhc) fra silkeormen Bombyx mori. Der blev i det indsatte gen også indsat et element, der forøger silkeormens produktion af fibroin-proteinet.

Både starten og slutningen af det indsatte, fremmede edderkoppegen var gjort velkendt for silkeormen (idet det manipulerede edderkoppe-gen – før indsættelsen – var blevet omgivet af N- og C-terminale domæner fra silkeormens egen fibroinkæde). Dette kan have været afgørende for, at processen lykkedes(ref.9792).

Gensekvensen blev udtrykt som et kimært protein. Efterfølgende analyse af de silketråde, der kunne ekstraheres fra kokonerne, bekræftede, at den gensplejsede silkeorm faktisk havde inkorporeret de kimæriske silkeorm/edderkop-silkeproteiner i sin silkefiber. Denne kompositfiber kunne måle sig med livlinespindet hos en edderkop, eller var i hvert fald generelt stærkere end tråden fra silkeormen.

Har man vævet stof af edderkop-spind? På Victoria and Albert Museum i London findes der en 4 m2 stor kappe, som er lavet af "Golden Orb" edderkoppers spind, som blev indsamlet over fire år af 80 mennesker (ref.9796).

Hvor længe har der været edderkopper på Jorden? Edderkopper er udviklet over millioner af år. Man har fundet et 165 millioner år gammelt fossil af en ­Nephila-edderkop. Dette er dermed den ældste overlevende slægt af edderkopper(ref.9804). I nutiden taler man om 41.000 arter af edderkopper.

Hvordan er edderkoppe-spind opbygget molekylært? David Kaplan fra Tufts Universitet fattede interesse for edderkoppespind i 1988, og han har siden studeret strukturen af edderkoppespind (ref.9790). Spindtrådene viser sig at bestå af en lang kæde af gentagne sekvenser af et lille antal aminosyrer. Trådene er således meget specielle proteinkæder.

Edderkopper har udviklet spind og tråde til forskellige formål. Sikringslinen (livlinen, eng.: dragline), som edderkoppen kan lade sig falde med, er ensartet rund i tværsnit. (Silketråden fra en silkeorm er derimod varierende i tykkelse, afhængig af larvens 8-tals bevægelse, når den spinder sin kokon). Edderkoppernes faldtråd har en uovertruffen kombination af styrke og elasticitet. Den indre kerne i faldtråd-silken fra en edderkop består af fine fibril-tråde, som på atomniveau er organiseret i to forskellige områder. Den utrolige styrke skyldes krystalgitre, som udgør ca. 10% af spindets vægt. Elasticiteten skyldes derimod såkaldte “amorfe” områder, som udgør de ­resterende 90% af vægten(ref.9809).

De krystallinske områder er arrangeret i forudsigelige, gentagne mønstre, men atomerne i de amorfe dele af faldtråden taber deres orden efter ca. 1 nanometer, og er opbygget af komplicerede proteiner.

Molekylstrukturen af tråde, der er lavet under forskellige spindingsforhold, kan studeres med bl.a. laserlys og røntgenstråler (røntgen-diffraktionsundersøgelser). Kunstig fremstilling af edderkoppetråde er det endelige mål for denne forskning.
Hvordan tapper man silke fra en edderkop? Man anvender edderkopper som forsøgsdyr for at kunne undersøge deres spind i detaljer. Fritz Vollrath's gruppe i Oxford Universitet bruger edderkopper af gruppen giganthjulspindere (Nephila-arter) som forsøgsdyr. Når en edderkop skal tappes for silke kan det enten ske ved, at en silketråd rulles direkte op fra edderkoppen, ­eller ved at man ekstraherer silken fra fjernede spindekirtler. Hvis man styrer fugtighed, temperatur og spindingens hastighed kan man opnå lange tråde af edderkoppespind.

Hvordan har man forsøgt at forbedre silkes egenskaber? Der har især været to udviklingsområder for at forbedre silke. Dels den en gensplejsningsvej, dels en forarbejdning af silken fra silkeorme, således at silken f.eks. kan anvendes til medicinske formål(ref.9788)Mange forskergrupper har i flere årtier forsøgt at forvandle naturlig silke til et produkt med bred anvendelighed. Man har f.eks. arbejdet på at gøre silkeormens silke mere ­elastisk, mere stærk – eller man har forsøgt at øge udbyttet.

Silkeormens silketråde kan studeres ved at fjerne sericin-limstoffet og kemisk nedbryde proteinkæderne i deres bestanddele (aminosyrer). Det svarer til at rulle processen baglæns. Man får så en silkeopløsning, som med forskellige metoder kan spindes til forskellige typer af tråde, eller silkeopløsningen kan hældes i forme, lægges på gennemsigtige film, frysetørres til skum eller formes til vaskesvamp-lignende strukturer osv. Man kan altså reprogrammere silken, nærmest som hvis man tilbageførte et kogt æg til dets ikke-kogte oprindelse, og så behandlede æggemassen på alternative måder.

Cedric Dicko fra Lunds universitet i Sverige har studeret strukturen i sådanne typer af "reconstituted silk", og sammenlignet med den oprindelige protein-gelé fra silkeormekirtlerne. Disse studier involverede bl.a. bombardement med neutroner ved Institute Laue-Langevin i Grenoble, Frankrig. Det kunne vises, at når silken blev "rekonstitueret", ødelagdes de bindinger i proteinkæderne, der giver silketråden styrke og sejhed(ref.9798). Man mistede hele 4/5 af styrken i rekonstitueret silke i forhold til styrken i silkeormens oprindelige silke.

Ved "rekonstituering" af silken kan der dog opnås nye egenskaber. Fibroin uden sericin fra silkeorm-silke er helt biokompatibelt. Sericin skal fjernes, hvis silken skal bruges til medicinske formål, da mennesket kan opleve en immunreaktion mod sericin. Cirka 25-30 % af silke-kokonmassen er sericin). Sericiner er en familie af hydrofile (vand­elskende) proteiner, og de har en længde på 20 til 310 kDa (ref.9795). Sericinen fjernes ved at koge silkekokonnerne i en basisk opløsning. Når sericin fjernes, mister silketråden sin struktur, og der fremkommer en opløsning af fibroin.

Fra denne opløsning kan der fremstilles en fibroin-film, eller fibroin kan overføres på andre materialer. Der kan også dannes fibre ved elektrospinding af fibroin-opløsningen, men disse fibre har ikke de samme egenskaber som naturlig silke. (Edderkoppespindfibre har ikke en belægning af sericin, så disse fibre kan umiddelbart bruges til medicinske formål).

Der er store kommercielle interesser i at forbedre silke. Tufts Universitet har indleveret over 50 patentansøgninger til dækning af deres silketeknologi, og hver ansøgning kan være udgangspunkt for en omfattende patentfamilie til dækning af opfindelserne i mange lande. Der er udstedt fem patenter i USA. Universitetet er indstillet på at give licens til specifikke anvendelser, så silketeknologien kan blive udbredt. Tufts universitet er selv i gang med at oprette 3 opstartsvirksomheder (ref.9793).
Hvor længe er en silkeorm om at udvikle sig? Silkemøllet lægger æg på specielt forberedt papir. Æggene udklækker og larverne (silkeormene) gives friske morbærblade at spise. Larven lever kun af morbærblade, og den æder ­næsten uafbrudt i en måned. Efter omkring 35 dage og 4 “hudskifter” er larverne blevet 10.000 gange tungere, end da de klækkedes fra ægget, og de er klar til at begynde spindingen af en kokon.

En stråramme placeres over bakken med larver. Larven ankrer en tråd på et strå (i naturen ville det være på en morbærtræ-gren), og begynder nu at spinde en kokon ved at bevæge sit hoved i 8-taller eller et andet mønster, medens silketråden kommer ud fra et lille hul i dens mund. Først laves yderlaget af kokonen, hvorefter larven fortsætter med de indre lag på lag, indtil kokonen er færdig.

I løbet af 2-3 dage spinder larven op til 1 km silketråd og bliver helt indkapslet i sin kokon af silke. Kokonen er lavet af én lang tråd, som kan være mellem 300 og 900 m lang, dvs. op mod 1 km. Silketråden er meget tynd og har blot en diameter på 10 mikrometer. Kokonen giver silkeormen en perfekt beskyttelse mod bakterier og fugle.

Af de avlede kokoner får kun få pupper lov at gå i metamorfose og blive til voksne sommerfugle, der kan lægge æg.

Hvordan laves en silketråd? Silkeorm-kokoner lægges i et bad med kogende vand, som dels dræber puppen, dels fjerner den klæbende lim, sericin, som holder kokonen sammen. Fibrene fra kokonerne rulles op til frembringelse af en kontinuerlig tråd. Eftersom en enkelt tråd er for fin og skrøbelig til kommercielt brug, bliver 3 – 10 tråde spundet sammen til en enkelt silketråd. Man kan direkte trække tråde op af badet, og rulle det på hjul, og senere spinde det til silkematerialer på en spindemaskine.

Hvordan laver silkeormen sin silketråd? Silkeormen producerer silketråden fra to kirtler, som udgør op til en ­trediedel af dens kropsvægt.

Spindeprocessen i silkeormens spytkirtler kendes ikke i detaljer. Men det er bemærkelsesværdigt, at protein­koncentrationen i silkeormens spytkirtler er over 30 vægtprocent. Ved denne proteinkoncentration ville de fleste proteintyper aggregere og fælde ud. Men det sker ikke her, for hvis protein­udfældning skete, ville der ske en blokering af spytkirtlen. Så betingelserne i silkeormens spytkitler er tydeligvis meget specielle.

Inden i kirtlerne har materialet en konsistens som en gel, opbygget af aminosyrer i lange gentagende kæder (altså protein). Men når denne gel ­bevæger sig gennem de specielt formede kirteludgange, bliver proteinet ordnet i kæder, og vandmolekyler bliver fjernet, så resultatet bliver en fast tråd. Disse fibre bliver dækket med sericin, som er et protein-limstof, som binder trådene sammen, og som udskilles fra de to kirtler, før trådene forlader larven gennem en enkelt spinde-rørmunding ("spigot").
Hvordan er silkeormens silke opbygget molekylært? Stærke hydrogen-bindinger i silkeormens silketråde binder silkens små proteinkrystaller sammen, hvilket giver silken dens styrke. Svagere bindinger i proteinkæden ­giver silken dens bøjelighed. Silkeproteinerne (dvs. fibroin­fibrene fra den almindelig anvendte silkeorm Bombyx mori) består af to proteiner: en let kæde (ca 26 kDa) [kilo-Dalton] og en tung kæde (ca 390 kDa). De to proteinkæder er til stede i forholdet 1:1. De er bundet sammen af en enkelt disulfidbinding. Denne ene disulfidbinding holder den lette og tunge kæde sammen og er meget afgørende for fibroin-strukturen. ­Fibroin-proteinet består af aminosyrerne Glycin-Serin-Glycin-Alanin-Glycin-Alanin og danner plisserede beta-ark. Hydrogenbindinger dannes mellem kæderne, og sidekæder dannes over og under planet af hydrogen­bindingsnetværket. Trækstyrken skyldes de mange ­hydrogenbindinger, og når silketråden strækkes, bliver kraft overført til disse talrige bindinger, således at de ikke brydes. Den høje andel (50%) af ­glycin, som er en lille aminosyre, giver en tæt pakning, og fibrene er stærke og modstandsdygtige mod brud.

Den fibroin-holdige kæde danner ­hovedsageligt såkaldte beta-ark på grund af en sekvens af 59 aminosyre­enheder, gentaget med visse variationer. Tværsnittet fra andre silkeorme kan variere, f.eks. halvmåne-lignende for Anaphe-silkeorme og langstrakt kileformet for tussah-silkeorme. De flade overflader af fibrillerne reflekterer lyset i mange vinkler, hvilket giver silke en naturlig glans.

Hvorfor har silke sin skinnende glans? Det glitrende udseende, som silke har, skyldes silkefiberens trekantede, prisme-lignende struktur, som bevirker, at silkeklædet bryder indkommende lys med forskellige vinkler, hvilket frembringer forskellige farver. Silkefibre fra Bombyx mori silkeorme har nemlig et trekantet tværsnit med afrundede hjørner. Insekters silkeproduktion
Hvilke insekter laver silke? Mange silketyper dannes hovedsageligt af larver af insekter, der har fuldstændig forvandling (metamorfose), men evnen til at lave silke-proteintråde er opstået flere gange under evolutionen. Nogle ikke-hoppende græshopper, der producerer silke gennem hele deres liv, har f.eks. udviklet evnen uafhængigt af silkeormenes udvikling. Bier, hvepse, myrer, sølvfisk, døgnfluer, thrips, ­cikader, biller, guldøje, lopper, fluer og myg samt altså spindlere som edderkopper producerer silke.
Kan man spinde silke af kokoner fra naturen? Man kan spinde silke af kokoner, som man finder vildt i naturen (bl.a. også i Afrika og Sydamerika), men tråden vil være brudt, fordi puppen har forladt kokonen som et voksent insekt, og ­typisk vil trådene være belagt med ­mineraler, som kræver en besværlig kartning eller en særlig demineralisering. Silken fra kommerciel silkealv har ikke denne mineralbelægning. I Thailand bruges både dyrkede Bombycidae og vilde Saturniidae som silkeorme.
Har silke nogle dårlige egenskaber? Silke har visse ulemper: Silke bevarer sin udstrakte form, hvis den strækkes ud, og silke kan give stød, da det kan opbygge statisk elektricitet, fordi silkematerialet er en dårlig leder af elektricitet. (Silkens proteiner har i øvrigt piezoelektriske egenskaber).

Er silke brugbart i koldt vejr? Silkens lave ledningsevne har den fordel, at det fastholder den varme luft tæt på huden i koldt vejr.

Er silke brugbart i varmt vejr? Silkematerialet har sugeevne, der gør det behageligt at bære i varmt vejr og under aktiviteter, hvor man kommer til at svede.

Hvor holdbart er silke? Silke opløses af svovlsyre, men er resistent overfor de fleste andre mineralske syrer. Silke kan gulne og det nedbrydes af solens UV-lys, men er dog også bestandigt, som da man i 1840 fandt silketøj i et vrag, der var sunket 58 år tidligere.

Kan silke krympe? På molekylært niveau udviser silke næsten ingen krympning, men på makroniveau kan der ske afslapning i fibrene, som kan medføre op til 8% krympning (op til 4% ved rensning).
Hvad har man anvendt silke til – og hvad kan silke bruges til i fremtiden? Ud over silkens særlige glans og glathed, har den også specielle egenskaber. Silke har haft mange industrielle og kommercielle anvendelser, f.eks. til faldskærme, cykeldæk og krudtposer til skydevåben, men kunstige fibre bruges nu ofte i stedet.

Soldater i Afghanistan fra USA, England og Australien beskytter deres kønsorganer med silkeunderbukser. Silken beskytter mod sprængstykker, dels på grund af silkens sejhed, dels kan sprængstykker eventuelt trækkes ud igen ved, at lægen trækker i silkematerialet, som er trængt med ind sammen med fremmed­legemer fra bomben(ref.9796).

Der kommer hele tiden nye anvendelser og fremstillingsteknikker for silke, f.eks. til at fremstille alt fra engangskrus til medicin-indgivelsessystemer og til fremstilling af hologrammer.

Den australske forskningsinstitution CSIRO har udviklet måder, hvorpå de kan ændre på biers silkeproduktion, så silken forekommer som mikropartikler, der kan forarbejdes til sugende svampe eller til stærke tråde (ref.9813). CSIRO har lavet en aftale med firmaet Lonza, som leverer videnskabeligt udstyr, fortæller Allison Haitz, der er leder af Lonza’s Global Innovation(ref.9813). Målet er at markedsføre nye insektsilketyper til industrielle anvendelser inden for f.eks. fly- og skibsfart, samt til medicinske anvendelser, f.eks. til sårbehandling, lægemiddel-indgivelse, erstatning af beskadiget væv, sener, blodkar og brusk mv. (ref.9813)

Se i øvrigt svaret på spørgsmålet: æææ
Kan silke bruges til lægens syning under kirurgi? En særlig produktionsproces kan fjerne silkens ydre belægning af sericin, hvorved silkematerialet for kirurgen bliver egnet til ikke-absorberbare suturer under operationer.

Kan silke bruges mod eksem? Ved at fjerne silkens ydre belægning af sericin kan laves specielt silkeundertøj til børn og voksne, som lider af eksem. Dette sericin-manglende silke kan reducere kløen (ref.9952).

Hvor mange silkeorme skal bruges til 1 kg silke? Der skal mellem 3.000 og 6.000 pupper (eller 100-200 kg morbærblade) til for at lave et kilo silke (ref.9794) . Der skal angiveligt bruges ca. 5000 silkeorme for at lave en kimono af ren silke.

Hvilket slags dyr er silkeormen? Silkeormen er trods navnet ikke er en orm, men larven af et møl. Den er som "en ko i insektverdenen" blevet fremavlet i Kina gennem 5500 år.
Hvem opfandt brugen af silkeorme til at lave silke? Kina havde næsten monopol på silkeproduktion i omkring 3000 år.

Nogle fund tyder dog på, at kokon-indsamling er næsten lige så gammelt i Indien som i Kina, over 4000 år, og der er i Indien tradition for, at brudetøj skal være af silke.

Hvad er silkevejen? Europa var meget interesseret i silke, men Kina havde næsten monopol på at producere silke. Dette skabte silke-handelsvejen til Europa, kaldet "silkevejen"
Hvilke lande producerer silke? I dag er de største silkeproducenter Kina (54%) og Indien (14%). Andre producentlande er Uzbekistan, Brasilien, Iran, Thailand, Vietnam, Korea, Rumænien og Japan.

Hvad blev silke oprindelig brugt til? Silke blev spundet til tøj, og var oprindeligt forbeholdt kejserne i Kina til deres eget brug og som gaver. Nogle af de ældste silketekstiler er 5500 år gamle, og i juli 2007 opdagede arkæologer vævede og farvede silketekstiler i en grav i Jiangxi-provinsen, dateret til det østlige Zhou dynasti for omkring 2500 år siden.
Hvor længe har man handlet med silke? Det ældste tegn på silkehandel er fundet af 3000 år gammelt silke i håret på en egyptisk mumie fra det 21. dynasti, ca. 1070 f.v.t.
Hvornår blev hemmeligheden ved silkefremstilling afsløret? Hemmeligheden om fremstilling af silke nåede først Europa omkring år 550 f.v.t., via Det Byzantinske Rige. Legenden siger, at munke, der arbejdede for kejser Justinian den Første, smuglede silkeormeæg til Konstantinopel i hule stokke fra Kina. I Konstantinopel blev væve og vævere placeret inde i ­paladsets kompleks, og det producerede silkestof blev især brugt i kejserlige dragter.

Må muslimer bruge silke? Ifølge islamisk lære er det forbudt muslimske mænd at bære silke – måske fordi det blev anset for at være ­feminint eller ekstravagant. Men silke er tilladt for muslimske kvinder, og de muslimske maurere bragte silke med sig til Spanien under deres erobring af Den Iberiske Halvø.

Har man produceret silke i Europa? Italienske byer som Genova, Venedig og Firenze var involveret i silkeproduktion, og den italienske bystat Lucca finansierede stort set sig selv ved sin silkeproduktion og silkehandel, der begyndte i 1100-tallet.

I Frankrig var silkeproduktionen siden 1400-tallet centreret omkring byen Lyon, hvor også de første mekaniske redskaber til masse­produktion blev introduceret i 1600-tallet.

I England forsøgte kong James den Første at etablere silkeproduktion ved at indkøbe og plante 100.000 morbærtræer (men af en art, der var uegnet til silkeorme).

Har man dyrket silke i Amerika? I 1800-tallet påbegyndtes silke­industri i New Jersey, og byen blev et amerikansk silkecenter. Da silkehandlen fra Japan blev afbrudt under d. 2. Verdenskrig steg silkepriserne dramatisk, hvilket førte til brugen af syntetiske stoffer, såsom nylon.

Har man lavet kunstigt silke? Man har brugt lyocell, som er en type cellulosefiber, som ofte er vanskelig at skelne fra ægte silke.

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.