La seda de araña se encuentra entre los materiales más resistentes y resistentes del mundo natural, tan fuerte como algunas aleaciones de acero con una resistencia aún mayor que el Kevlar a prueba de balas. La combinación inigualable de resistencia y resistencia ha hecho que este material a base de proteínas sea deseable para muchas aplicacionesque 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 incluye 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 una seda de araña biosintética con un rendimiento a la par con sus contrapartes naturales en todas las medidas importantes. Y han descubierto algo emocionante sobrelas posibilidades por delante
La nueva investigación, publicada el lunes 20 de agosto en Biomacromoléculas , revela que la resistencia a la tracción y la dureza de la seda de araña se correlacionan positivamente con su peso molecular, cuanto más grande es la molécula, más fuerte es la seda, incluso en seda sintética con un peso casi el doble que el anterior poseedor del récord.
"La gente ya sabía sobre esta correlación, pero solo con proteínas de menor tamaño. Descubrimos que incluso en este gran tamaño, todavía hay una muy buena correlación", dijo Fuzhong Zhang, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Uno de los mayores desafíos históricos para crear una seda de araña biosintética ha sido crear una proteína lo suficientemente grande. El desafío era tan grande que, de hecho, requería un enfoque completamente nuevo.
"Comenzamos con lo que otros habían hecho, haciendo una secuencia genéticamente repetida", dijo Christopher Bowen, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Zhang. La secuencia de ADN fue modelada a partir de la secuencia en arañas que es responsable de crear la proteína de seda. En teoría, cuantas más repeticiones de la secuencia, mayor será la proteína resultante.
Sin embargo, después de que la secuencia de ADN alcanza un cierto tamaño, "las bacterias no pueden manejarla, cortan la secuencia en pedazos más pequeños", dijo Bowen. Es un problema que se ha encontrado muchas veces en esfuerzos anteriores. Para evitar estoObstáculo de larga data, Bowen y sus coautores agregaron una secuencia genética corta al ADN de seda que promueve una reacción química entre las proteínas resultantes, fusionándolas para formar una proteína aún más grande, más grande que nunca antes producida y purificada.
"Hicimos proteínas básicamente dos veces más grandes que cualquiera que haya podido hacer antes", dijo Bowen. Sus cadenas de proteínas de seda son de 556 kDa. Anteriormente, la proteína de seda de araña biosintética más grande era de 285 kDa. Incluso las proteínas de seda de dragalina natural tienden a estar alrededor370 kDa, aunque hay algunos valores atípicos más grandes.
Bowen y sus coautores posteriormente hilaron sus proteínas de seda biosintéticas excepcionalmente grandes en fibras de aproximadamente una décima parte del diámetro de un cabello humano y probaron sus propiedades mecánicas. Esta seda biosintética es la primera en replicar la seda natural de araña en términos de: resistencia a la tracción la tensión máxima necesaria para romper la fibra, la tenacidad la energía total absorbida por la fibra antes de romperse, así como otros parámetros mecánicos como el módulo elástico y la extensibilidad.
En el futuro, el laboratorio de Zhang está buscando trabajar para posicionar las fibras de seda biosintéticas 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 su manejo, reducir la cantidad de productos químicos necesarios y aumentar la robustez y la eficiencia", dijo Zhang.
Y el grupo Zhang también planea explorar más a fondo los límites de su nuevo enfoque. Además de producir las primeras fibras de seda biosintéticas para replicar completamente el rendimiento de la seda de araña natural, su trabajo sugiere que la resistencia y resistencia de estas fibrascontinuará aumentando si se pueden producir proteínas aún más grandes.
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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