(Scanning electron microscopy images of fibers from engineered spider silk. To validate their computational findings, the Northwestern team used spectroscopy techniques to examine how the protein chains stretched and aligned in real fibers from engineered spider silk. Credit: Washington University at St. Louis)
거미는 지구상에서 가장 성공적인 육식 동물입니다. 사자나 호랑이 같은 더 크고 강한 육식 동물들이 멸종 위기에 몰린 상황애 거미는 지구상 어디에서든 번영을 누리고 있습니다. 이 성공의 비결 중 하나는 자연계에서 비교 대상을 찾을 수 없을 정도로 유용한 도구인 거미줄입니다.
거미줄은 같은 무게의 강철보다 단단하고 가벼운 소재로 탄성 또한 뛰어납니다. 여기에 인체에 무해한 소재이면서 시간이 지나면 자연적으로 분해되기 때문에 오래전부터 외과용 실 같은 소재로 주목 받았습니다.
하지만 누에와 달리 육식성인 거미는 대량으로 사육하기가 어려워 거미를 이용해 거미줄을 생산하는 것은 현실성이 떨어진다는 의견에 대세입니다. 따라서 과학자들은 거미줄과 비슷한 성분을 생산하는 누에나 박테리아를 이용해 인공 거미줄을 만들기 위해 노력하고 있습니다.
그러나 실험실에서 만든 인공 거미줄은 자연 상태의 거미줄보다 강도가 떨어지는 경우가 대부분이었습니다. 노스웨스턴 대학의 씨난 케텐 (Sinan Keten) 교수와 제이콥 그라함 (Jacob Graham)은 거미줄의 강도를 높이는데 있어 섬유를 잡아당기는 물리적 과정이 중요하다는 사실을 알아냈습니다.
거미는 거미줄을 뽑아낼 때 다리를 이용해 잡아당깁니다. 이 과정은 단순히 거미줄을 빨리 뽑아내기 위한 것이 아니라 단백질을 일렬로 정렬시키고 더 많은 수소 결합을 만들어 강도를 높이는 후처리 과정으로 볼 수 있습니다.
연구팀은 유전자 조작 박테리아를 이용해 거미줄 단백질을 만드는 연구를 진행한 워싱턴 대학의 푸종 장 교수 (Fuzhong Zhang, the Francis F. Ahmann Professor at Washington University (WashU))와 협업으로 이를 검증했습니다. 그 결과 수작업으로 잡아당긴 거미줄 단백질은 실제 거미줄처럼 강도가 올라가는 것을 확인할 수 있었습니다.
이런 연구에도 불구하고 거미줄이 왜 그렇게 튼튼한지에 대해서는 사실 아직도 100% 이해하지는 못하고 있습니다. 하지만 이렇게 하나씩 단서를 찾아내면서 과학자들은 인공 거미줄에 점점 가까이 다가서고 있습니다. 언젠가 인공 거미줄이나 혹은 거미줄에서 영감을 얻은 생체 모방 섬유개 상용화될 수 있을 것으로 생각됩니다.
참고
https://phys.org/news/2025-03-spider-silk-stronger-aligning-protein.html
Jacob Graham et al, Charting the envelope of mechanical properties of synthetic silk fibers through predictive modeling of the drawing process, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr3833. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3833
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