Se dice que la seda de araña es una de las más fuertes, materiales más resistentes de la Tierra. Ahora, los ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis han diseñado proteínas híbridas de seda amiloide y las han producido en bacterias modificadas genéticamente. Las fibras resultantes son más fuertes y resistentes que algunas sedas de araña naturales.

Su investigación fue publicada en la revista ACS Nano.

Para ser preciso, la seda artificial, denominada fibra "amiloide polimérica", no fue técnicamente producida por investigadores, sino por bacterias que fueron modificadas genéticamente en el laboratorio de Fuzhong Zhang, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química en la Escuela de Ingeniería McKelvey.

Zhang ha trabajado con seda de araña antes. En 2018, Su laboratorio diseñó bacterias que produjeron una seda de araña recombinante con un rendimiento a la par con sus contrapartes naturales en todas las propiedades mecánicas importantes.

"Después de nuestro trabajo anterior, Me preguntaba si podríamos crear algo mejor que la seda de araña utilizando nuestra plataforma de biología sintética, "Dijo Zhang.

El equipo de investigación que incluye al primer autor Jingyao Li, un doctorado estudiante en el laboratorio de Zhang, modificó la secuencia de aminoácidos de las proteínas de la seda de araña para introducir nuevas propiedades, manteniendo algunas de las características atractivas de la seda de araña.

Un problema asociado con la fibra de seda de araña recombinante, sin una modificación significativa de la secuencia de seda de araña natural, es la necesidad de crear nanocristales β, un componente principal de la seda de araña natural, lo que contribuye a su fuerza. "Las arañas han descubierto cómo hilar fibras con una cantidad deseable de nanocristales, ", Dijo Zhang." Pero cuando los humanos usan procesos de hilado artificial, la cantidad de nanocristales en una fibra de seda sintética es a menudo menor que su contraparte natural ".

Para resolver este problema, el equipo rediseñó la secuencia de la seda mediante la introducción de secuencias de amiloide que tienen una alta tendencia a formar nanocristales β. Crearon diferentes proteínas amiloides poliméricas utilizando tres secuencias amiloides bien estudiadas como representantes. Las proteínas resultantes tenían secuencias de aminoácidos menos repetitivas que la seda de araña, haciéndolos más fáciles de producir por bacterias modificadas. Por último, las bacterias produjeron una proteína amiloide polimérica híbrida con 128 unidades repetidas. Se ha demostrado que la expresión recombinante de la proteína de la seda de araña con unidades repetidas similares es difícil.

Cuanto más larga sea la proteína, cuanto más fuerte y dura sea la fibra resultante. Las proteínas de 128 repeticiones dieron como resultado una fibra con una fuerza gigapascal (una medida de cuánta fuerza se necesita para romper una fibra de diámetro fijo), que es más fuerte que el acero común. La tenacidad de las fibras (una medida de cuánta energía se necesita para romper una fibra) es más alta que la del Kevlar y todas las fibras de seda recombinantes anteriores. Su fuerza y ​​dureza son incluso más altas que las de algunas fibras de seda de araña natural reportadas.

En colaboración con Young- Shin Jun, profesor del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, y su Ph.D. estudiante Yaguang Zhu el equipo confirmó que las altas propiedades mecánicas de las fibras amiloides poliméricas provienen de la mayor cantidad de nanocristales β.

Estas nuevas proteínas y las fibras resultantes no son el final de la historia de las fibras sintéticas de alto rendimiento en el laboratorio de Zhang. Recién están comenzando. "Esto demuestra que podemos diseñar biología para producir materiales que superen al mejor material de la naturaleza, "Dijo Zhang.