Des vers à soie génétiquement modifiés pour produire de la soie d’araignée 6 fois plus résistante que le Kevlar
Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à produire des fibres de soie d’araignée complètes en utilisant des vers à soie génétiquement modifiés. Très résistante, cette soie pourrait constituer une alternative évolutive, durable et de meilleure qualité aux fibres synthétiques actuelles telles que le nylon.
Selon le premier auteur de l’étude (lien plus bas) Junpeng Mi, chercheur au Collège des sciences biologiques et de l’ingénierie médicale de l’université de Donghua, en Chine :
La soie de ver à soie est actuellement la seule fibre de soie animale commercialisée à grande échelle, avec des techniques d’élevage bien établies. Par conséquent, l’utilisation de vers à soie génétiquement modifiés pour produire des fibres de soie d’araignée permet une commercialisation à faible coût et à grande échelle.
Les fibres avec lesquelles les vers à soie fabriquent leur cocon sont cultivées depuis des milliers d’années, mais bien qu’abondantes, elles sont connues pour leur fragilité. Les araignées, quant à elles, produisent une soie d’une solidité et d’une résistance inégalées, mais leur culture à grande échelle reste hors de portée. La « nature cannibale des araignées », notent les chercheurs, fait qu’il est impossible d’héberger des araignées ensemble sans qu’il y ait un combat à mort de presque tous les animaux.
Cette dernière étude pourrait représenter le meilleur des deux mondes et changer la donne dans la quête d’une production durable de ce matériau naturel rare. Les scientifiques tentent de perfectionner cette « recette » bionique depuis plus d’une décennie.
Pour concevoir des vers à soie dotés des mêmes capacités que les araignées, Mi et ses collègues se sont concentrés sur une petite protéine de soie provenant de l’Araneus ventricosus, une araignée tisseuse vivant en Asie de l’Est. À l’aide de l’outil d’édition génétique CRISPR-Cas9, la protéine MiSp a été insérée dans l’ADN du ver à soie, à la place du gène qui code pour la principale protéine de soie du ver à soie.
Des vers à soie transgéniques ont produit ces fibres à la fois très résistantes et très solides. (Junpeng Mi)
Les scientifiques ont également réussi à obtenir la « localisation », le gène étant activé dans l’ADN du ver à soie, sans interférer avec d’autres aspects de la production naturelle de soie de l’animal.
Selon Junpeng Mi :
Ce concept de « localisation », introduit dans cette thèse, ainsi que le modèle structurel minimal proposé, représentent une évolution significative par rapport aux précédentes recherches. Nous sommes convaincus qu’une commercialisation à grande échelle se profile à l’horizon.
Les fibres obtenues ont dépassé les attentes des chercheurs, combinant une résistance élevée à la traction (1 299 MPa) et une ténacité (319 MJ/m3). De plus, les fibres étaient beaucoup plus souples que prévu, la protéine MiSp est plus connue pour produire de la soie solide, mais non extensible.
Image de soie forcée à partir d’un ver à soie, en bobine. (Junpeng Mi)
Pour Mi :
La soie d’araignée est une ressource stratégique qu’il est urgent d’explorer. Les performances mécaniques exceptionnellement élevées des fibres produites dans le cadre de cette étude sont très prometteuses dans ce domaine. Ce type de fibre peut être utilisé comme suture chirurgicale, pour répondre à une demande mondiale dépassant les 300 millions de procédures par an.
Ces nouvelles fibres ont un large potentiel commercial, notamment dans les matériaux intelligents pour l’armée, la technologie aérospatiale, l’ingénierie biomédicale et les vêtements. La soie produite est six fois plus résistante que le Kevlar utilisé dans les gilets pare-balles.
Résumé graphique de l’étude. (J. Mi et col./ Matter)
Les chercheurs envisagent maintenant de développer des vers à soie génétiquement modifiés qui produisent des fibres de soie d’araignée à partir d’acides aminés naturels et artificiels car, selon les chercheurs :
L’introduction de plus d’une centaine d’acides aminés artificiels offre un potentiel illimité pour les fibres de soie d’araignée artificielles.
L’étude publiée dans la revue Matter : High-strength and ultra-tough whole spider silk fibers spun from transgenic silkworms.