สไปโดริน เป็น โปรตีนหลักในใยแมงมุม ใยแมงมุมชนิดต่างๆ มีสไปโดรินที่แตกต่างกัน ซึ่งทั้งหมดเป็นสมาชิกของตระกูลโปรตีนเดียวกัน^{[ 1 ]}สไปโดรินชนิดที่ได้รับการวิจัยมากที่สุดคือโปรตีนใยแมงมุมหลัก (MaSp) ซึ่งใช้ในการสร้างใยแมงมุมชนิดดึง ซึ่งเป็นใยแมงมุมที่แข็งแรงที่สุด เดิมทีเชื่อกันว่าเส้นใยใยแมงมุมชนิดดึงประกอบด้วยสไปโดรินสองชนิด คือ สไปโดริน-1 (MaSp1) และสไปโดริน-2 (MaSp2) อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ทรานสคริปโตมิกส์ล่าสุดของแมงมุมกว่า 1,000 ชนิดได้เปิดเผยว่ามีการแสดงออกของสไปโดรินหลายชนิด ทำให้มีความซับซ้อนมากขึ้น^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

สไปโดรินเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มโปรตีนขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสเคลอโรโปรตีนกลุ่มนี้รวมถึงโปรตีนโครงสร้างที่ไม่ละลายน้ำอื่นๆ เช่นคอลลาเจนและเคราติน

เส้นใยของแมงมุมลากเส้นมีความหนาและทนทานเท่ากับเหล็ก แต่มีความยืดหยุ่นมากกว่า สามารถยืดได้ถึงประมาณ 135% ของความยาวเดิมโดยไม่ขาด คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ^{[ 5 ]}

สไปโดรินแอมพูลเลตหลักเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่มีส่วนขยาย 250-350 kDa โดยมี กรดอะมิโนเฉลี่ย 3500 ตัวพวกมันมีโครงสร้างแบบพอลิเมอร์ โดยส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากการทำซ้ำแบบเรียงต่อกันที่ มีความสม่ำเสมอสูง มีสำเนาแบบเรียงต่อกัน 100 ชุดของกรดอะมิโน 30 ถึง 40 ตัวซึ่งเป็นลำดับที่ซ้ำกันและคิดเป็นมากกว่า 90% ของลำดับโปรตีน^{[ 6 ]} กรด อะมิโนอะลานีนและไกลซีนเป็นกรดอะมิโนที่พบมากที่สุดในโปรตีนเหล่านี้ อะลานีนปรากฏในบล็อกของหน่วยหกถึงสิบสี่หน่วยที่สร้างแผ่นเบต้าบล็อกอะลานีนเหล่านี้สามารถเรียงซ้อนกันเพื่อสร้างโครงสร้างผลึกในเส้นใย เชื่อมโยงโมเลกุลโปรตีนที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน ไกลซีนมีอยู่ในโมทีฟที่แตกต่างกัน เช่น GGX และ GPGXX (โดยที่ X = A, L, Q หรือ Y) ซึ่งมีโครงสร้างทุติยภูมิเฉพาะ ( เกลียว3 ₁₀และเกลียวเบต้า ตามลำดับ) บริเวณที่มีไกลซีนเป็นองค์ประกอบหลักจะมีลักษณะไม่เป็นรูปทรงที่แน่นอน และช่วยให้เกิดความยืดหยุ่นและความสามารถในการยืดตัว ความแตกต่างบางประการที่พบระหว่างสไปโดริน1 และสไปโดริน2 (สไปโดรินหลักที่สำคัญที่สุดในแอมพูลเลต) ได้แก่ ปริมาณ โพรลีนซึ่งมีน้อยมากในสไปโดริน 1 แต่มีปริมาณมากในสไปโดริน 2 และลวดลาย (GGX)n เป็นลักษณะเฉพาะของสไปโดริน1 ในขณะที่ GPG และ QQ เป็นลักษณะทั่วไปของสไปโดริน2          

ในทางกลับกัน สไปโดรินมีโดเมนปลายอะมิโน (N) และคาร์บอกซิล (C) ที่ไม่ซ้ำกัน โดยมีกรดอะมิโนประมาณ 150  และ 100 ตัว ตามลำดับ โดเมนปลาย N และ C มีความคล้ายคลึงกันน้อยมาก ยกเว้นว่าทั้งสองอุดมไปด้วยซีรีนและส่วนใหญ่เป็น โครงสร้างทุติย ภูมิแบบอัลฟาเฮลิกซ์ที่มีคุณสมบัติแอมฟิพาติก โดเมนเหล่านี้ได้รับการอนุรักษ์ไว้ไม่เพียงแต่ระหว่างสไปโดริน 1 และ 2 เท่านั้น แต่ยังรวมถึงไหมหลายชนิดและแมงมุมหลายสายพันธุ์ด้วย ข้อมูลจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าโดเมนปลาย N และ C มีส่วนช่วยในการประกอบเส้นใย^{[ 7 ]}โดเมนปลาย Cมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านอย่างเป็นระบบจากสารละลายสไปโดรินที่ละลายได้ไปเป็นเส้นใยที่ไม่ละลายน้ำในระหว่างการปั่น^{[ 8 ]}ในโดเมนปลาย Nมีเปปไทด์ สัญญาณ ที่ควบคุมการหลั่งสไปโดรินจากเซลล์ต่อมไหม^{[ 9 ] [ 10 ]}

แมงมุมแต่ละตัวสามารถสร้างใยได้หลายประเภท โดยแต่ละประเภทจะออกมาจากต่อม สร้างใยที่ท้องซึ่งมีลักษณะเฉพาะแตกต่างกัน ไป กลไกการสร้างใยที่ซับซ้อนนี้ทำให้แมงมุมสามารถใช้ใยเฉพาะงานได้ (เช่น สำหรับการสร้างใยแมงมุม การสร้างรังไข่ การห่อเหยื่อ ฯลฯ) ^{[ 10 ]}ใยประเภทต่างๆ (ใยแอมพูลเลตหลัก ใยแอมพูลเลตรอง ใยแฟลเจลลิฟอร์ม ใยอะซินิฟอร์ม ใยทูบิลิฟอร์ม ใยไพริฟอร์ม และใยรวม) ^{[ 11 ]}ประกอบด้วยโปรตีนประเภทต่างๆ กัน

ใยแมงมุมแบบดึงเส้นส่วนใหญ่เกิดจากโปรตีนสไปโดริน เป็นใยแมงมุมประเภทหนึ่งที่ผลิตในต่อมแอมพูลเลตหลัก ใยแมงมุมแบบดึงเส้นไม่เพียงแต่ใช้ในการสร้างโครงด้านนอกและรัศมีของใยแมงมุมรูปทรงกลมเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นเส้นใยช่วยชีวิตที่ช่วยให้แมงมุมหลบหนีและ/หรือเอาตัวรอดจากผู้ล่าได้อีกด้วย^{[ 12 ]}ต่อมแอมพูลเลตหลักที่ผลิตใยแมงมุมนี้ประกอบด้วยส่วนหลักสามส่วน ได้แก่ ถุงตรงกลาง (โซน B) ขนาบข้างด้วยหาง (โซน A) และท่อที่มุ่งหน้าไปยังทางออก หางจะหลั่ง "สารปั่น" ส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นสารละลายที่มีโมเลกุลโปรตีนที่จะประกอบเป็นเส้นใยไหม ถุงเป็นแหล่งเก็บสะสมหลัก

เนื้อเยื่อบุผิวของโซน A ประกอบด้วยเซลล์หลั่งสารชนิดเดียวเรียงตัวเป็นแถวสูง อัดแน่นไปด้วยเม็ดสารหลั่ง ส่วนประกอบหลักของเซลล์เหล่านี้ที่หลั่งสารละลายไฟโบรอินคือโปรตีนขนาด 275 กิโลดาลตัน ซึ่งประกอบด้วยพอลิเปปไทด์สไปโดริน I และสไปโดริน II ผลผลิตจากเซลล์เหล่านี้เป็นสารละลายที่มีความหนืดสูงและมีลักษณะเป็นน้ำ มีโปรตีนประมาณ 50% (ส่วนใหญ่เป็นสไปโดริน) ผลิตภัณฑ์ที่หลั่งออกมานี้ประกอบเป็นเส้นใยไหมลาก ซึ่งเป็นโครงสร้าง หลัก

อิมัลชันโปรตีนที่มีความหนืดสูงนี้ไหลเข้าสู่โซน B ซึ่งถูกปกคลุมด้วยไกลโคโปรตีนหลังจากออกจากถุงนี้ ของเหลวจะถูกส่งไปยังท่อแคบๆ ขณะที่สารละลายโปรตีนที่มีลักษณะเป็นเจลเคลื่อนตัวเข้าไปในท่อ สไปโดรินและไกลโคโปรตีนจะค่อยๆ บิดเบี้ยวกลายเป็นรูปทรงยาวบางเรียงตัวไปตามทิศทางการไหล จากนั้นพวกมันจะถูกยืดและเรียงตัวในลักษณะที่จะช่วยให้พวกมันสร้างพันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงได้ในที่สุด หลังจากผ่านกระบวนการต่างๆ แล้ว เส้นไหมจะถูกยืดออกในช่องปั่นเพื่อสร้างเส้นใยที่ แข็งแรงมาก

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับโปรตีนสไปโดรินและใยแมงมุม เพื่อนำคุณสมบัติบางอย่างมาใช้ประโยชน์ เช่น ความยืดหยุ่นและความแข็งแรง ใยแมงมุมถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ และขอบเขตการใช้งานในด้านชีวการแพทย์ก็เพิ่มขึ้นทุกวัน ตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรมการทหารและการป้องกันประเทศใช้เสื้อเกราะกันกระสุนที่ทำจากเส้นใยเหล่านี้

สไปโดรินรีคอมบิแนนท์ได้รับการผลิตสำเร็จแล้วทั้งในเซลล์ยูคาริโอติกและโปรคาริโอติก แม้ว่าจะมีปัญหาบางประการในกระบวนการเนื่องจากความยาวของลำดับยีนก็ตาม ด้วยการแสดงออกและการโคลนนิ่ง ทำให้สามารถผลิตสไปโดรินในปริมาณมาก ซึ่งเปิดโอกาสใหม่สำหรับการผลิตวัสดุชีวภาพใหม่^{[ 13 ]}มีความพยายามที่จะสร้างพืชยาสูบและมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่แสดงออกโปรตีนดรากไลน์รีคอมบิแนนท์ของ Nephila clavipes ในปริมาณมาก^{[ 14 ]}

นอกจากนี้ เส้นใยที่พัฒนาจากสไปโดรินยังสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมในหลอดทดลองในการเพาะเลี้ยงเซลล์และในร่างกายสัตว์ เช่น สุกร โดยไม่พบสัญญาณของการอักเสบหรือปฏิกิริยาใดๆ ต่อเส้นใยเหล่านี้ ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเส้นใยเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในทางการแพทย์ได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อปัญหาความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และอาจนำไปสู่โอกาสใหม่ๆ มากมายในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อและเวชศาสตร์ ฟื้นฟู

วิธีการที่แมงมุมผลิตสไปโดรินในไมเซลล์ได้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดวิธีการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์จำนวนมาก โดยการเชื่อมสไปโดรินที่มีการกลายพันธุ์แบบกลับประจุซึ่งไม่ไวต่อค่า pH เข้ากับโดเมนปลาย N ของสไปโดรินเพื่อผลิตโปรตีนที่ละลายได้มากขึ้นในE. coli ^{[ 15 ]}

โปรตีนไหมที่พบในใยแมงมุมชนิดอื่น ๆ บางครั้งก็เรียกว่าสไปโดรินเช่นกัน ซึ่งรวมถึงโปรตีนไหมแบบท่อ (TuSP), โปรตีนไหมแบบแฟลเจลลิฟอร์ม (Flag; O44358 - Q9NHW4 - O44359 ), โปรตีนไหมแอมพูลเลตขนาดเล็ก (MiSp; K4MTL7 ), โปรตีนไหมแบบอะซินิฟอร์ม (AcSP), โปรตีนไหมแบบไพริฟอร์ม (PySp) และกาวไหมรวม (ASG2/AgSp) โปรตีนไหมที่แตกต่างกันเหล่านี้พร้อมกับ MaSP แสดงให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกันในระดับหนึ่งระหว่างกัน ทั้งในโดเมนโปรตีน การทำซ้ำ และในโปรโมเตอร์ แต่ก็มีคุณสมบัติเฉพาะตัวและรูปแบบที่แตกต่างกันในส่วนเหล่านี้เพื่อทำหน้าที่ที่แตกต่างกัน^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}ความเหมือนกันเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงต้นกำเนิดร่วมกันของโปรตีนที่พบในใยไหมชนิดต่างๆ เหล่านี้^{[ 1 ] [ 10 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2563 ทีมวิจัยของRikenรายงานว่าพวกเขาสามารถประสบความสำเร็จในการใช้R. sulfidophilumสายพันธุ์ที่ดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อผลิตสไปโดรินได้^{[ 19 ] [ 20 ]}

• วัสดุชีวภาพ
• โปรตีนรีคอมบิแนนท์
• ใยแมงมุม
• ไฟโบรอิน
• สเคลอโรโปรตีน
• ไบโอสตีล (ไฟเบอร์)

• ภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ในPDBสำหรับUniProt : Q05H60 (Major ampullate spidroin 1) ที่PDBe- KB