Investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad Estatal de San Diego (SDSU) han desentrañado mejor el complejo proceso de cómo las arañas viuda negra transforman proteínas en fibras resistentes al acero. Este conocimiento promete ayudar a los científicos a crear materiales sintéticos igualmente fuertes.

Arañas viudas negras y sus parientes, nativa de climas templados en América del Norte, Europa, Asia, Australia, África y América del Sur, producen una variedad de sedas con propiedades materiales excepcionales.

Los científicos conocen desde hace mucho tiempo la secuencia primaria de aminoácidos que componen algunas proteínas de la seda de araña y han entendido la estructura de las fibras y las redes. Investigaciones anteriores teorizaron que las proteínas de seda de araña esperan el proceso de hilado como micelas esféricas anfifílicas de tamaño nanométrico (grupos de moléculas solubles y no solubles en agua) antes de ser canalizadas a través del aparato de hilado de la araña para formar fibras de seda. Sin embargo, cuando los científicos intentaron replicar este proceso, no pudieron crear materiales sintéticos con la fuerza y ​​las propiedades de las fibras de seda de araña nativas.

"La brecha de conocimiento estaba literalmente en el medio, ", Dijo Nathan C. Gianneschi de Northwestern." Lo que no entendimos completamente es lo que sucede a nanoescala en las glándulas de seda o en el conducto giratorio:el almacenamiento, proceso de transformación y transporte implicado en proteínas que se convierten en fibras ".

Gianneschi es profesor de Jacob y Rosaline Cohn en el departamento de química de la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y en los departamentos de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick. Él y Gregory P. Holland, profesor asociado en el departamento de química y bioquímica de SDSU y autor de más de 40 artículos sobre seda de araña, son los coautores correspondientes del artículo.

La investigación se publicará en línea la semana del 22 de octubre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .

Utilizando complementarios, técnicas de vanguardia:espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN), la misma tecnología utilizada en MRI, en SDSU, seguido de microscopía electrónica en Northwestern:el equipo de investigación pudo ver más de cerca el interior de la glándula proteica donde se originan las fibras de seda, revelando una mucho más compleja, ensamblaje jerárquico de proteínas.

Esta "teoría de las micelas modificadas" concluye que las proteínas de la seda de araña no comienzan como simples micelas esféricas, como se pensaba anteriormente, pero en cambio tan complejo, micelas compuestas. Esta estructura única es potencialmente necesaria para crear las impresionantes fibras de la araña viuda negra.

"Ahora sabemos que las sedas de la araña viuda negra se hilan a partir de nanoconjuntos jerárquicos (de 200 a 500 nanómetros de diámetro) de proteínas almacenadas en el abdomen de la araña, en lugar de una solución aleatoria de proteínas individuales o de partículas esféricas simples, "Dijo Holanda.

Si está duplicado, "las aplicaciones prácticas de un material como este son prácticamente ilimitadas, "Holanda dijo, y podría incluir textiles de alto rendimiento para militares, socorristas y atletas; materiales de construcción para puentes de cables y otras construcciones; reemplazos ecológicos para plásticos; y aplicaciones biomédicas.

"No se puede exagerar el impacto potencial en los materiales y la ingeniería si podemos replicar sintéticamente este proceso natural para producir fibras artificiales a escala". "dijo Gianneschi, quien también es el director asociado del Instituto Internacional de Nanotecnología y miembro del Instituto Simpson Querrey y del Instituto de Química de los Procesos de la Vida en Northwestern. "Simplemente pon, sería transformador ".

los PNAS El artículo se titula "Nanopartículas micelares de espidroína jerárquica como precursores fundamentales de las sedas de araña".