La seda de araña es hilada por primera vez por gusanos de seda genéticamente modificados

Científicos en China han desarrollado un método para producir seda de araña a partir de gusanos de seda modificados genéticamente, proporcionando una alternativa fuerte y sostenible a las fibras sintéticas con aplicaciones en diversas industrias.

Los investigadores crearon seda de araña a partir de gusanos de seda genéticamente modificados, produciendo una fibra seis veces más fuerte que la fibra de Kevlar utilizada en los chalecos antibalas. El estudio fue publicado el 20 de septiembre en la revista. Tema, fue el primero en producir con éxito proteínas de seda de araña de longitud completa utilizando gusanos de seda. Los resultados demuestran una tecnología que se puede utilizar para fabricar una alternativa respetuosa con el medio ambiente a las fibras comerciales sintéticas como el nailon.

«La seda de gusano de seda es actualmente la única fibra de seda animal que se comercializa ampliamente, utilizando técnicas de reproducción bien establecidas», dijo Mei. «Por lo tanto, el uso de gusanos de seda genéticamente modificados para producir fibras de seda de araña permite una comercialización a gran escala y de bajo costo».

Imagen de seda enrollada forzada. Crédito: Junpeng Mei

Sostenibilidad de la seda de araña

Los científicos están considerando la seda de araña como una alternativa atractiva y sostenible a las fibras sintéticas, que pueden liberar microplásticos dañinos al medio ambiente y que a menudo se producen a partir de combustibles fósiles que generan emisiones de gases de efecto invernadero. Pero recurrir a la naturaleza en busca de alternativas no está exento de desafíos. Los procesos previamente desarrollados para hilar seda de araña sintética han tenido problemas para aplicar una capa superficial de glicoproteínas y lípidos a la seda para ayudarla a resistir la humedad y la exposición a la luz solar: una “capa de piel” antienvejecimiento que las arañas aplican a sus telas.

Mee dice que los gusanos de seda genéticamente modificados ofrecen una solución a este problema, ya que cubren sus fibras con una capa protectora similar.

«La seda de araña representa un recurso estratégico que necesita urgentemente exploración», dijo Junping Mei, candidato a doctorado en la Escuela de Biociencia e Ingeniería Médica de la Universidad de Donghua y primer autor del estudio. «El rendimiento mecánico excepcionalmente alto de las fibras producidas en este estudio es muy prometedor en este campo. Este tipo de fibra se puede utilizar como suturas quirúrgicas para satisfacer una demanda global que supera los 300 millones de procedimientos quirúrgicos al año.

Las fibras de seda de araña también podrían usarse para fabricar ropa más cómoda y tipos innovadores de chalecos antibalas, dice Mei, y pueden tener aplicaciones en materiales inteligentes, el ejército, la tecnología aeroespacial y la ingeniería biomédica.

Fibra de seda producida por gusanos de seda genéticamente modificados. Crédito: Junpeng Mei

Proceso de síntesis y desafíos.

Para hilar seda de araña a partir de gusanos de seda, Mei y su equipo insertaron genes de proteínas de seda de araña en la célula. ADN Desde gusanos de seda que se expresan en sus glándulas mediante una combinación de tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 y cientos de miles de microinyecciones en huevos de gusanos de seda fertilizados. Mei dijo que la ICSI planteó «uno de los desafíos más importantes» del estudio, pero cuando vio que los ojos de los gusanos de seda brillaban de color rojo bajo un microscopio de fluorescencia, una señal de edición genética exitosa, se emocionó.

«Bailé y prácticamente corrí a la oficina del profesor Meng Qing para compartir este resultado», dijo Mei. «Recuerdo esa noche claramente, la emoción me mantuvo despierto».

Los investigadores también necesitaban realizar modificaciones de «localización» en las proteínas de seda de araña genéticamente modificadas para que interactuaran correctamente con las proteínas de las glándulas del gusano de seda, asegurando que las fibras se hilaran correctamente. Para guiar las modificaciones, el equipo desarrolló un “modelo estructural básico en miniatura” de seda de gusano de seda.

«El concepto de ‘localización’ introducido en esta tesis, junto con el modelo estructural simple propuesto, representa un cambio significativo con respecto a investigaciones anteriores», dice Mee. «Estamos seguros de que la comercialización a gran escala está en el horizonte».

perspectivas de futuro

En el futuro, Mei planea utilizar los conocimientos sobre la durabilidad y resistencia de las fibras de seda de araña desarrollados en el estudio actual para desarrollar gusanos de seda genéticamente modificados que produzcan fibras de seda de araña a partir de materiales naturales y diseñados. Aminoácidos.

«La introducción de más de cien aminoácidos diseñados tiene un potencial ilimitado para las fibras de seda de araña», dice Mei.

Referencia: “Fibra de seda de araña entera, de alta resistencia y ultrarresistente, hilada a partir de gusanos de seda genéticamente modificados” por Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang , Luoyang Tian y Cheng Meng, 20 de septiembre de 2023, Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, Proyectos Clave de la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai, Proyectos de Cooperación Internacional de la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai y los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales.