Científicos han desarrollado bacterias genéticamente modificadas para crear hilos de seda biosintéticos más fuertes y más extensibles que antes.
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.
Previamente 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.
[Recomendado: Científicos desarrollan tabaco transgénico que produce proteínas de la seda de araña]Los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis (Estados Unidos) han modificado y diseñado bacterias que producen una 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 hay por delante.
La nueva investigación, publicada el 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.
«La gente ya sabía acerca de esta correlación, pero solo con proteínas de menor tamaño. Descubrimos que incluso a este gran tamaño, todavía hay una muy buena correlación «, dijo Fuzhong Zhang, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Uno de los mayores desafíos históricos al crear una seda de araña biosintética ha sido crear una proteína lo suficientemente grande. De hecho, el desafío era tan grande que requería un enfoque completamente nuevo.
[Recomendado: ¿Puede esta pequeña empresa convencerte de amar los organismos y cultivos transgénicos?]«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.
Sin embargo, una vez que la secuencia de ADN alcanza cierto tamaño, «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 de larga data, 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 de la que nunca se ha producido y purificado antes.
«Hicimos las proteínas, básicamente, el doble de grandes que cualquiera de antes», dijo Bowen. Sus cadenas de proteínas de seda son de 556 kiloDalton (kDa). Anteriormente, la proteína de seda de araña biosintética más grande era de 285 kDa, una unidad de medida atómica. Incluso las proteínas de seda dragline tienden a ser de alrededor de 370 kDa, aunque hay algunos pocos atípicos más grandes.
Bowen y sus coautores posteriormente hilaron sus proteínas de seda biosintéticas excepcionalmente grandes 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 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 módulo de elasticidad y extensibilidad.
En el futuro, el laboratorio de Zhang está buscando trabajar para posicionar las fibras de seda biosintética para reemplazar algunas de las innumerables 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.
Y el grupo de Zhang también planea explorar más a fondo los límites de su nuevo enfoque. Además de producir las primeras fibras de seda biosintéticas para replicar por completo el rendimiento de la seda natural de araña, su trabajo sugiere que la resistencia y la dureza de estas fibras continuarán aumentando si se pueden producir incluso proteínas más grandes.