La seda de araña es uno de los materiales más fuertes y resistentes en el mundo natural, tan fuerte como algunas aleaciones de acero con una dureza incluso mayor que el Kevlar a prueba de balas. La combinación inigualable de fuerza y dureza de la seda de araña ha hecho que este material basado en proteínas sea deseable para muchas aplicaciones que van desde suturas quirúrgicas súper delgadas hasta ropa resistente a proyectiles. Desafortunadamente, debido a la naturaleza territorial y caníbal de las arañas, su seda ha sido imposible de producir en masa, por lo que las aplicaciones prácticas aún no se han materializado.
Los científicos han podido crear algunas formas de seda de araña sintética, pero no han podido diseñar un material que incluyera la mayoría, si no todos, los rasgos de la seda natural.
Hasta ahora.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis han diseñado bacterias que producen seda biosintética de araña con un rendimiento a la par de sus contrapartes naturales en todas las medidas importantes. Y han descubierto algo emocionante sobre las posibilidades que tenemos por delante.
La nueva investigación, publicada el lunes 20 de agosto en Biomacromolecules, revela que la resistencia a la tracción y la dureza de la seda de araña permanece correlacionada positivamente con su peso molecular: cuanto mayor es la molécula, más fuerte es la seda, incluso en seda sintética con un peso casi el doble que el poseedor del récord anterior.
Uno de los mayores desafíos históricos al crear una seda de araña biosintética ha sido crear una proteína lo suficientemente grande.
El desafío era tan grande, de hecho, requería un enfoque completamente nuevo.
“Comenzamos con lo que otros habían hecho, haciendo una secuencia genéticamente repetida”, dijo Christopher Bowen, estudiante de doctorado en el laboratorio de Zhang.
La secuencia de ADN se modeló después de la secuencia en arañas que es responsable de crear la proteína de seda. En teoría, cuantas más repeticiones de la secuencia, mayor es la proteína resultante.
Una vez que la secuencia de ADN alcanza cierto tamaño, sin embargo, “las bacterias no pueden manejarlo, cortan la secuencia en pedazos más pequeños”, dijo Bowen. Es un problema que se ha encontrado muchas veces en esfuerzos anteriores.
Para evitar este obstáculo común, Bowen y sus coautores agregaron una secuencia genética corta al ADN de la seda que promueve una reacción química entre las proteínas resultantes, fusionándolas para formar una proteína aún mayor, más grande que nunca se ha producido y purificado antes.
Anteriormente, la proteína de seda de araña biosintética más grande era de 285 kDa. Incluso las proteínas de draga natural de seda tienden a ser de alrededor de 370 kDa, aunque hay algunos pocos, atípicos.
Bowen y sus coautores posteriormente hilaron sus proteínas de seda biosintéticas en fibras de aproximadamente un décimo del diámetro de un cabello humano y probaron sus propiedades mecánicas. Esta seda biosintética es la primera en reproducir la seda araña natural en términos de: resistencia a la tracción (la tensión máxima necesaria para romper la fibra), dureza (la energía total absorbida por la fibra antes de romperse), así como otros parámetros mecánicos como elasticidad y extensibilidad.
En el futuro, el laboratorio de Zhang está buscando trabajar para posicionar las fibras de seda biosintéticas para reemplazar algunas de las fibras sintéticas a base de petróleo que se utilizan en la industria.
“Continuaremos trabajando para que el proceso sea más escalable y económico al facilitar el manejo, reducir la cantidad de productos químicos necesarios y aumentar la solidez y la eficiencia”, dijo Zhang.
Fuente: Washington University