Por todos es conocido que la tela de araña es muy fuerte, elástica y exhibe asombrosa propiedades mecánicas. Tiene una resistencia a la rotura comparable a las fibras de acero, una dureza mayor que las fibras de Kevlar y una densidad menor que el algodón o el nylon. Debido a que las fibras de seda siguen superando a sus contrapartes artificial en términos de dureza, muchos estudios han tratado de comprender las características mecánicas de estas extraordinarias fibras naturales. También era conocido que las fibras de seda de araña presentan dos tipos de bloques de construcción, amorfos, suaves y con fuertes componentes cristalinos.

Para una una mejor comprensión de las propiedades mecánicas de las fibras de seda de araña los científicos descubrieron que las subunidades amorfas y blandos son los responsables de la elasticidad de la seda y también ayudan con la distribución de la tensión. La dureza máxima de la seda requiere una cantidad específica de subunidades cristalinas y depende de la forma en que estas subunidades se distribuyen en la fibra.

Mediante modelamientos probaron diferentes arquitecturas estructurales de las subunidades de la fibra para obtener un rendimiento mecánico óptimo. Como resultado determinaron que una serie de las subunidades cristalina y amorfa en los discos presenta un arreglo al azar o en paralelo, lo que sugiere un nuevo modelo estructural de la seda. En conjunto, los resultados proporcionan una comprensión más clara de la naturaleza mecánica de las fibras de seda de araña y puede ser útil para el diseño de fibras de seda artificial.

Referencia

Cetinkaya M, Xiao S, Markert B, Stacklies W, Gräter F. Silk fiber mechanics from multiscale force distribution analysis. Biophys J. 2011 Mar 2;100(5):1298-305.

Por desgracia, la seda natural no pueden ser convenientemente obtenida por las arañas en cultivo porque son muy territoriales y agresivas. Para desarrollar un proceso más sostenible, ¿Es posible producir masivamente seda artificial manteniendo las asombrosas propiedades de la seda original? Eso es algo que los científicos del Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología (KAIST) en Daejeon querían saber. Su método fue muy similar a lo que esencialmente hacen las arañas: primero expresaron las proteínas recombinantes de la seda y en segundo lugar, convertir las proteínas solubles de la seda en fibras insolubles a través del hilado.

Para la expresión de las proteínas de la seda de araña, produjeron el gen de la seda de araña mediante síntesis química, y luego lo insertaron en un vector de expresión para la bacteria Escherichia coli. Inicialmente, la bacteria se negó a la tarea desafiante de producir la proteína de la seda debido a las características únicas de la proteína, como su gran tamaño (285 kDa), la naturaleza repetitiva de la estructura de la proteína, y la abundancia parcial del aminoácido glicina. Para superar las dificultades utilizaron los sistemas de ingeniería metabólica aumentando los componentes principales de la síntesis de proteínas de la seda de araña. Mediante esta novedosa metodología lograron producir esta proteína, la mayor que jamás se haya expresado heterólogamente en esta bacteria.

Pero esto era sólo el primer paso. El equipo cultivó las células en alta densidad para la producción masiva de la proteína recombinante de la seda de araña. Entonces, el equipo desarrolló una forma simple y fácil de procesar  hasta la purificación de la proteína recombinante. La proteína purificada de la seda de araña puede ser hilado hasta obtener hermosas fibras. Estas fueron comparadas con fibras sintéticas en sus propiedades mecánicas en los tres parámetros críticos que representan la fuerza mecánica de una fibra, la extensibilidad y la rigidez.

“Hemos ofrecido una plataforma completa para la producción masiva de seda de araña nativa. Esta plataforma nos permitirá tener mejores aplicaciones industriales y biomédicas para la seda de araña. Por otra parte, muchos otros biomateriales parecidos a la seda, como la elastina, el colágeno, el lino, la resilina y otras proteínas que tienen características similares a la proteína de la seda de araña podrían obetenerse exitosamente mediante esta metodología.

Referencia

Xiao-Xia Xia, Zhi-Gang Qian, Chang Seok Ki, Young Hwan Park, David L. Kaplan, and Sang Yup Lee. Native-sized recombinant spider silk protein produced in metabolically engineered Escherichia coli results in a strong fiber. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010; DOI: 10.1073/pnas.1003366107