Khai thác tơ nhện: Chặng đường gian nan

Suốt hàng chục năm qua, các nhà khoa học đã có những bước tiến quan trọng trong việc nghiên cứu tơ nhện. Năm 1990, họ giải mã được chuỗi gen tơ nhện đầu tiên liên quan đến việc hướng dẫn tạo ra các protein làm nên tơ nhện. Năm 1997, họ cấy đoạn gen này vào những tế bào E. coli và bắt đầu nuôi cấy tơ nhân tạo đầu tiên trong phòng thí nghiệm. Và năm 2002, họ thông báo một bước ngoặt rằng họ đã phát triển được tơ nhện trong tuyến sữa của động vật có vú.

Tơ nhện có những đặc tính kỳ diệu. Nócó thể hấp thụ năng lượng nhiều hơn vật liệu Kevlar chống đạn (sợi Kevlar có độ bền gấp năm lần thép nhưng cũng rất dẻo dai nên thường được sử dụng làm vật liệu chế tạo áo giáp chống đạn) và có thể trở về hình dạng ban đầu mà không mất tính đàn hồi. Không một vật liệu nào do con người tạo ra có thể sánh với tơ nhện về độ bền và sự dẻo dai. Con người đã cố gắng khai thác tiềm năng của tơ nhện trong nhiều thế kỷ và cơn sốt nghiên cứu về nó suốt nhiều năm qua chỉ là một phần của câu chuyện dài hơn.

Đầu thế kỷ 18, chủ tịch Hội Khoa học Hoàng gia Pháp thử nghiệm kéo dài sợi tơ từ bọc trứng nhện bằng tay. Đến cuối thế kỷ 19, nhà truyền giáo người Pháp Paul Camboué đến Madagascar và phát triển một phương pháp thu hoạch tơ nhện hàng loạt từ nhện Nephila (loài nhện thường được gọi dưới cái tên "thợ dệt quả cầu lụa vàng"). Sử dụng nhân công và trí thức bản địa, Camboué đã dựng nên một dây chuyền sản xuất kéo tơ nhện thành sợi và dệt thành vải bằng cách sử dụng những khung dệt cải tiến.

Đầu những năm 2000, các doanh nhân Nicholas Godley và Simon Peers đã hồi sinh phương pháp của Camboué để sản xuất ra hai bộ quần áo có màu vàng óng ánh. Cho đến nay, chúng là những tác phẩm duy nhất làm từ tơ nhện vẫn còn tồn tại, và giá trị của chúng không thể đong đếm. Hai thế kỷ sau những nỗ lực của Camboué, việc dệt quần áo từ tơ nhện vẫn cực kỳ tốn kém.

Nhện không phải là động vật có thể dễ dàng nuôi nhốt để lấy tơ, bởi chúng giăng rất ít tơ. Bên cạnh đó, ngay cả khi chúng ta nuôi những con nhện vô hại với con người thì chúng cũng là động vật có tính lãnh thổ cao và ăn thịt đồng loại. Chính vì vậy, việc nuôi nhện không đơn giản chỉ là thả chúng dạo chơi ngoài đồng cỏ.

Do đó, các nhà khoa học đã chuyển hướng từ việc sử dụng tơ nhện tự nhiên sang nuôi cấy tơ nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Nói cách khác, họ nuôi cấy vi khuẩn E. coli đã qua kỹ thuật biến đổi gen trong các bể công nghiệp. Chưa dừng lại ở đó, năm 1999, các nhà khoa học đã công bố Sugar và Spice, hai cá thể dê lai nhện đầu tiên được tạo nên từ kỹ thuật biến đổi gen. Chúng trông không khác gì những con dê bình thường, tuy nhiên, sữa của chúng rất giàu những protein có trong tơ nhện.

Protein tơ nhện và các vi khuẩn được hòa tan trong một dung môi, sau đó trải qua quá trình xử lý hóa học và cơ học để tạo thành sợi. Quá trình sản xuất phức tạp, cùng với chi phí cho nhân công lao động và duy trì một trang trại sữa, đã khiến cho nhóm nghiên cứu không thể đưa tơ nhện từ dê ra thị trường với mức giá phải chăng. Tuy nhiên, đây vẫn là một dấu mốc trên chặng đường dài hòng khai thác tiềm năng của tơ nhện.

Hiện nay, một số ít công ty công nghệ sinh học tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật biến đổi gen vi khuẩn E. coli và kén tơ nhện. Năm 2019, công ty công nghệ sinh học Spiber hợp tác với thương hiệu The North Face để sản xuất thương mại quần áo từ tơ nhện đầu tiên. Họ đã làm ra 50 chiếc áo khoác có giá 1.400 USD và chỉ những người may mắn chiến thắng trong một cuộc xổ số mới được mua những chiếc áo này.

Nhiều nhà khoa học cho rằng ý tưởng về áo chống đạn làm từ tơ nhện sẽ không bao giờ trở thành hiện thực. Điểm mạnh nhất của tơ nhện chính là khả năng đàn hồi. Chính vì thế, tuy đạn không thể xuyên thủng tơ nhện nhưng sự đàn hồi của tơ nhện vẫn có thể gây thương tích lớn cho người mặc. Giờ đây, giới khoa học đang chú ý đến các ứng dụng tinh tế hơn của tơ nhện, chẳng hạn như băng phủ vết thương, chỉ khâu, dây chằng và gân nhân tạo, hỗ trợ các khớp lành sau đợt chấn thương, lớp phủ không gây dị ứng cho các ca phẫu thuật cấy ghép, lớp bọc bảo quản hữu cơ cho thực phẩm dễ hỏng.

Các nhà khoa học đang mơ về một tương lai, nơi mà tơ nhện có thể đem lại cuộc cách mạng trong y học. Có lẽ còn lâu nữa những ứng dụng trên mới trở thành hiện thực, tuy nhiên, những thử nghiệm ban đầu cho đến nay vẫn cho kết quả rất khả quan, và các công ty đang đầu tư một số tiền lớn để biến tơ nhện y học thành hiện thực.