Welkom bij
Moderne landbouw
!
Zijderupsen zijn de larven van de zijdemot, een van de duizenden insectensoorten die zich in cocons wikkelen terwijl ze zich voorbereiden op metamorfose. Het is een van de meest ijverige insecten van de natuur - en de enige die ooit is gedomesticeerd.
De Chinezen perfectioneerden de kunst van het oogsten van de single, een halve mijl lange draad die elke cocon vormt, wormzijde transformeren in een luxe stof minimaal 5, 000 jaar geleden. Dr. Randy Lewis van de afdeling biologische engineering van de Utah State University wil de oude praktijk verbeteren - net als veel van zijn concurrenten op het opkomende gebied van hoogwaardige biomaterialen.
Zijderupszijde maakt prachtige sjaals en onderkleding, maar biologen hebben al lang spinnenzijde op het oog. De webben van sommige spinachtige soorten hebben de treksterkte van staal, terwijl het volledig elastisch blijft. “De moeilijkheid is dat spinnen territoriaal en kannibalistisch zijn, ', zegt Lewis. “In tegenstelling tot zijderupsen, je kunt ze niet allemaal bij elkaar zetten en verwachten dat ze een leuke, vrolijk theeservies.” Kortom, spinnen hebben alle pogingen tot domesticatie weerstaan - om nog maar te zwijgen van, wie wil er nou spinnen kweken? En struikelen door de jungle om de beste wilde spinnenwebben te oogsten is niet kosteneffectief.
Voor een genetisch ingenieur die dagdroomt over op een commercieel haalbare manier geproduceerde spinnenzijde, het duurt niet lang om de stippen te verbinden met de volgzame, gemeenschappelijke zijderups. In delen van Indië, China en een groot deel van Zuidoost-Azië, ze worden traditioneel met duizenden grootgebracht in kleine houten kisten in de hutten van boeren op het platteland. De boer moet ook moerbeibomen verbouwen, waarvan de bladeren het enige zijn dat een zijderups zal eten. Terwijl de methoden voor het spinnen van zijden draden tot stof zijn ingebed in de wereldwijde textielindustrie, de praktijk om de wormen op te heffen en elke cocon met de hand af te wikkelen, is verrassend onaangetast gebleven door de tentakels van de modernisering.
Niet zo met zijderupsen en hun genen, echter. Door kunstmatige kleurstoffen aan zijderupsen te geven, zijn 'voorgekleurde' zijden draden geproduceerd die de noodzaak van het kostbare en giftige zijdeverfproces uitsluiten (blijkbaar zonder schade aan de wormen). Onderzoekers in Japan hebben zijderupsen ontwikkeld om glow-in-the-dark draad te spinnen voor gebruik in high-end modeontwerp in de hoop een nichemarkt voor zijde op te bouwen die een deuk zal vormen in China's wereldwijde dominantie van de zijdehandel.
Door kunstmatige kleurstoffen aan zijderupsen te geven, zijn 'voorgeverfde' zijden draden geproduceerd die de noodzaak van het kostbare en giftige zijdeverfproces uitsluiten.
Maar de heilige graal van gensplitsing van zijderupsen is om de kleine larve spinnenzijde te laten uitpompen, een stof die kan worden geweven in producten die Kevlar er dun uit laten zien. Geïnteresseerden kwijlen al jaren over de mogelijke toepassingen, die veel verder gaan dan stoffen:de Amerikaanse marine wil spinzijde vanwege het vermogen om aan elk materiaal te hechten, zelfs onder water; het ministerie van Energie hoopt voertuigen lichter en dus zuiniger te maken door zijde-eiwitten te integreren in de vervaardiging van deurpanelen; en de luchtmacht ziet lichtgewicht, kogelvrije kogelvrije vesten die gemakkelijker te manoeuvreren zijn tijdens gevechten. De medische toepassingen zijn overal op de kaart:kunsthuid voor brandwondenpatiënten, betere pleisters, synthetische ligamenten, micro-hechtingen voor delicate organen zoals de ogen en tal van chirurgische implantaten en mechanismen voor medicijnafgifte.
Na tientallen jaren van onderzoek, er zijn nog een aantal grote hindernissen voordat spinzijdetechnologieën worden gecommercialiseerd. "De wormen die we nu hebben, maken ongeveer vijf procent spinrag en vijfennegentig procent zijderupszijde in hun cocons, ', zegt Lewis. Ze moeten een drempel van 20 tot 30 procent spin-zijde-eiwit bereiken voordat hij er zeker van kan zijn dat kogelvrije zijden vesten een commercieel haalbare realiteit kunnen zijn. Hij waarschuwt ook dat "het gen niet zo stabiel is als we zouden willen ... na enkele generaties begint de hoeveelheid spider-eiwit te dalen."
Als en wanneer hij succesvol is, Lewis zal het FDA-goedkeuringsproces moeten doorstaan voordat hij zijn activiteiten kan gaan opschalen. die streng is als het gaat om genetisch gemodificeerde organismen. Zijdemotten zijn al zo lang gedomesticeerd dat ze niet meer kunnen vliegen, die volgens Lewis alle zorgen zou moeten wegnemen die het publiek of regelgevende instanties kunnen hebben over het nieuwe genetische materiaal dat van de boerderij en in de voedselketen terechtkomt. "Ze hebben van die kleine vleugeltjes en ik garandeer je, ze zullen nooit van de grond komen … de kans dat ze in het wild terechtkomen, is nul.”
Als ze waren toegestaan voor agrarische doeleinden, transgene zijderupsen zouden het eerste niet-plantaardige gewas zijn dat van het laboratorium naar het veld komt. Maar hij erkent dat commercialisering kan worden gedwarsboomd door het goedkeuringsproces. “De regelgeving, eerlijk gezegd, stijver zijn dan er enig argument zou zijn om wetenschappelijk te zijn, " hij zegt.
Hoewel het hele concept van genetische manipulatie ter discussie blijft staan, of het nu voor planten of dieren is, Lewis kan veel milieuvriendelijke redenen bedenken om zijderupsen genetisch te manipuleren. De verbeterde stof heeft het potentieel om synthetische stoffen zoals nylon en Kevlar te vervangen, dat zijn aardolieproducten. Hij somt ook verschillende industriële toepassingen op waar zijde-eiwit kan worden gemanipuleerd tot een volledig natuurlijk alternatief voor kleefstoffen, gels, coatings, sponzen en kitten die momenteel worden vervaardigd met stoffen waarvan bekend is dat ze schadelijk zijn voor het milieu, zo niet voor de menselijke gezondheid. Zijde is in wezen een biocompatibele moleculaire "steiger" die genetisch kneedbaar genoeg is om een willekeurig aantal fysieke of biologische eigenschappen in te steken.
Larven van zijderupsen. 
Traditionele landbouwtechnieken voor zijderupsen blijven grotendeels onaangetast door moderne methoden. “We zien dit als een mooie groene technologie, ', zegt Lewis. In dezelfde geest als het gebruik van GGO-maïs om bioplastics te maken, Lewis ziet zijn zijden applicaties als een klein stukje van de puzzel van klimaatverandering, hun deel doen om koolstof uit de atmosfeer te halen door "C02 te nemen en er iets van te maken dat momenteel op aardolie is gebaseerd. Zijderupsen eten planten die [in] C02 hebben opgenomen en maken er [zijde] van.”
Maar het kan een tijdje duren voordat dorpelingen in Cambodja spinwormen kweken, als ooit. Zelfs als de technologie uiteindelijk succesvol blijkt te zijn, de bedrijfsmodellen rond genetisch gemanipuleerde organismen kunnen kleine, zelfvoorzienende boeren - die momenteel bijna alle ruwe zijde van de wereld produceren - om ooit toegang te krijgen tot de verbeterde eieren van zijderupsen. "Naar alle waarschijnlijkheid, er zou een zeer beperkt aantal telers zijn die zeer streng gecontroleerd zouden worden, ” zegt Lewis over de bedrijfsstructuur die hij voor ogen heeft om de intellectuele eigendomsrechten van het genetisch materiaal te beschermen. "Laten we eerlijk zijn, er zijn delen van de wereld waar ze zich geen zorgen zouden maken over het zelf overnemen van de technologie en het omdraaien en verkopen van die producten.”
Volgens Lewis’ schatting de technologie naar het buitenland brengen lijkt op zijn best onwaarschijnlijk. Aangezien er momenteel geen enkele vorm van commerciële zijdeproductie in de Verenigde Staten is, het roept de vraag op wie de wormen gaat kweken als, en wanneer, FDA-goedkeuring wordt verleend. Zullen zeer winstgevende spin-zijde-landbouwactiviteiten in eigen land opduiken?
Het is te vroeg om te weten, maar als zijdespinnende wormen niet uitkomen, Lewis heeft nog een aantal andere kaarten te spelen. Op de weg van het USU-lab waar het zijderupsenvivarium is gehuisvest, er is een beveiligde faciliteit die de thuisbasis is van een kleine kudde geiten die spinnenzijde-genen in hun melk dragen. Niet ver daarvandaan ligt een weelderig veld met alfalfa, waarvan de kleine ovale bladeren ook een beetje spinachtig DNA bevatten. Er is nog een lab op de campus waar vaten E. coli aan het fermenteren zijn, geïmpregneerd met dezelfde spingenen (volgens Dr. Lewis, FDA-goedkeuringen voor GE-bacteriën zijn een wandeling in het park in vergelijking met planten en dieren).
Op vezels gebaseerde toepassingen zoals kogelvrije vesten en militaire parachutes zijn niet haalbaar met de spinzijde-eiwitten Lewis-extracten uit geitenmelk, alfalfahooi en E. coli, maar veel van de andere voorgestelde medische en industriële producten zijn dat wel. In het geval dat een van de spinzijdeprojecten van Lewis doorgaat naar commercialisering, het wordt een goudmijn voor de bedrijven die de licentierechten kopen. De voordelen voor boeren, de voedselketen of ecosystemen zijn minder duidelijk.
