Genetik Mühendisliğinin Eseri: Süper İpek

Michigan’ın tek köşesinde, 10.000 ipekböceği süper malzemelerin geleceğini örüyor. Sıcak ve nemli tek deponun ağır havasında çalışıyor, yüzlerindeki tek bezden çıkardıkları yapışkan beyazlı ipliği üzüm büyüklüğünde kozalara dönüştürüyorlar. Binlerce yıl önce Çin’de evcilleştirildiklerinden bu yana ipekleri dünyanın en kaliteli kumaşlarını üretmek için kullanıldı. Ancak bu ipekböcekleri, kendilerinden önce gelen milyonlarcası gibi değil. Onlar örümcek ipeği—ya da ona çok yakın tek şey—üretiyor.

Laboratuvarda Doğan Süper Malzeme

Doğu Çin’deki Soochow Üniversitesi’nde, genetiği değiştirilmiş tek ipekböceğinin ürettiği “süper ipek”ten tekbaşına tek lif, örümcek ipeğiyle nasıl kıyaslandığını görmek için dayanıklılık testine tabi tutuluyor.

Ağırlığına oranla örümcek ipeği, onlarca yıldır ilim insanlarını büyüleyen, doğada ya da yapay olarak üretilmiş hiçbir şeye benzemeyen tek dayanıklılık ve esneklik kombinasyonuna sahip. Ağırlık başına çelikten beş kat daha güçlü ama tamamlanmış organik; Massachusetts’teki Tufts Üniversitesi Silklab Direktörü Fiorenzo Omenetto’nun sözleriyle “süper kahramanların malzemesi.” Grafen ve Kevlar gibi olağanüstü bedensel özelliklere malik insanoğlu yapımı malzemelerle aynı seçkin kategoride mekan alıyor. Ancak bunların üretimi sentetik kimyasallar lüzumtirebiliyor.

Örümcek ipeği ise onların yaptığını—hatta olasılıkla daha iyisini—organik şekilde yapabilir. Bu da yıllardır süren tek abartı dalgasını beraberinde getirdi: Seri üretilebilirse, daha gelişmiş kurşun geçirmez yeleklerden ultra ince jetler uçaklarına, yepyeni kuşak aşı taşıma sistemlerine kadar pek çok alanda çığır açabilir—yeter ki sırrı çözülebilsin. Fakat örümcekler birlikteki yaşamaya güçlandıklarında yamyamlaşır; bu yüzden ne evcilleştirilebilirler ne da basitca ölçeklenebilirler.

Ancak oğullar birkaç yılda her arasında biri şey değişti. Tamamı kalıtsal olarak değiştirilmiş olan bu örümcek ipeği üreten ipekböcekleri, Michigan’ın Lansing kentindeki biyoteknoloji firması Kraig Biocraft Laboratories’in araştırma merkezinde yaşıyor. Kraig, örümcek ipeği üretiminde ya da ona çok yakın tek benzerinde önemli atılımlar yapan dünya çapındaki birkaç şirketten yalnızca biri. Bu ipekböcekleri henüz örümcek ipeğinin “süper kahraman” seviyesindeki bedensel özelliklerine kesinlikle ulaşamıyor, bununla birlikte liflerine özel nitelikler kazandıracak kadar örümcek geni içeriyorlar.

Diğer şirketler ise—daha dahaaz ipekböceği ve dut yaprağına dayalı—farklı yollar izliyor ama hedefleri aynı: “Doğal örümcek ipeğinin performansını taklit etmek ve nihayetinde onu aşmak; ardından da gerçek dünya uygulamalarına taşımak,” diyor Çin’in güneybatısındaki Southwest Üniversitesi’nden örümcek ipeği uzmanı Wenbo Hu. “İnanılmaz derecede yaklaştık.”

İlk kez, uzunluğu süredir abartıyla anılan “süper ipek” gerçek gibi görünüyor. Ancak yıllarını ve milyonlarca doları bu kutsal kâseyi kovalamaya harcayan girişimciler ve kalıtsal mühendisleri şimdi başka tek sualyla yüzleşmek güçunda: Bir süper malzemeler ürettikten sonraları onunla ne yapacaksınız? Görünen o ki yanıtlar sandıkları kadar netler değil.

Örümcek İpeğinin Mucizesi

Örümcek ipeğini yeniden üretmeye yönelik onlarca yıllık çaba, Wenbo Hu gibi araştırmacıların katkılarıyla ilerledi; Hu, örümcek ipeğinin kalıtsal özelliklerini çözmeye çalışıyor. Örümcek ipeği, her arasında biri ölçüye göre doğanın en mucizevi yapılarından biri. Büyük ağ ören örümceklerin kuşları ve yarasaları yakalayabilecek ağlar kurduğu biliniyor. Ormanda tek örümcek ağına elinizle hafifçe çarpıp geçebilirsiniz; bununla birlikte iplikleri kurşun kalem kalınlığında olan kocaman tek ağ, teorik olarak uçuş halindeki tek 747’yi durdurabilir.

Örümcek ipeğinin bu “büyülü” özellikleri ikisi ilköğretim faktörden kaynaklanır: spidroin adı verilen özel proteinler ve bu proteinlerin karmaşık lifler hâlinde eğrilme biçimi. Spidroinler, binlerce amino asitten oluşan uzunluğu zincirlerdir; pozitif ve negatif elektrik yüklerini, ayrıca suyu yedinci ve sevmeyen bölümleri tek arada barındırırlar. Bu sayede akordeon gibi esneyebilir ve birbirlerine sıkıca sarılabilirler. Örümcekler bu proteinleri, neredeyseymiş hiçbir şeyin koparamayacağı kadar sağlam, teli benzeri tek teli matrisi hâlinde birleştirir. Çırpınan böceklerin şansı yoktur.

Örümcek ipeğinin potansiyeli yüzyıllardır biliniyor: Antik Yunan ve Romalılar ağları yarası pansumanı olarak kullanırken, Solomon Adaları’nda ağ ipeği balık yemi olarak kullanılmıştır. Ancak malzemenin ticarileştirilmesine yönelik birinci girişim 1800’lerin sonlarına kadar başlamadı. Madagaskar’daki Cizvit misyonerler, adanın altın ağ ören örümceklerinin çok miktarda ipek ürettiğini ayrım etti.

Yerel çocukların yardımıyla örümcekleri sabitleyip her arasında biri birinden yaklaşık 500 metrik ipek elde ettiler. Tüm bu çaba, 1900 Paris Fuarı’nda sergilenen göz alıcı altın sarısı tek yatak örtüsüyle sonuçlandı—ama fazlası gelmedi. Süreç fazla işgücü yoğundu ve örümcekler birbirlerini yemeye meyilliydi.

Yine da örümcek ipeği ilham vermeye devam etti. Pamuk, yün ya da sıradan ipeğin bedensel sınırlarına nedenler razı olalım? 1930’larda DuPont, ipeğin mimarisinden ilham alarak birinci ticari sentetik teli olan naylonu geliştirdi. 1966’da Kevlar üretildi; güçlü hidrojen bağları onu neredeyseymiş kırılmaz kıldı. 2003’te grafen yaratıldı; tekbaşına atom kalınlığındaki petek yapılı karbon tabakaları onu dünyanın en güçlü malzemesi yaptı.

Ancak bu sentetik lifler birçok sektörde ihtilal yaratmış olsa da, yapay yapıları dolayı eleştirilerin odağında kalmaya devam ediyor; doğada basitca parçalanmıyor, geride kalıcı ve çoğu zamanlar görünmez tek çevresel yük bırakıyorlar.

Derleyen: Damla Şayan