La seda de araña se hila por primera vez con gusanos de seda genéticamente modificados

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

Los investigadores sintetizaron seda de araña a partir de gusanos de seda genéticamente modificados, produciendo fibras seis veces más fuertes que el Kevlar utilizado en las armaduras corporales. El estudio, publicado el 20 de septiembre en la revista Pregunta, es el primero en producir con éxito proteínas de seda de araña de longitud completa utilizando gusanos de seda. Los hallazgos demuestran una técnica que podría utilizarse para producir una alternativa respetuosa con el medio ambiente a las fibras sintéticas comerciales como el nailon.

«La seda de gusano de seda es actualmente la única fibra de seda animal comercializada a gran escala, con técnicas de reproducción bien establecidas», dijo Mi. «En consecuencia, el uso de gusanos de seda genéticamente modificados para producir fibra de seda de araña permite una comercialización a gran escala y de bajo costo».

Imagen de seda de bobina forzada. Crédito: Junpeng Mi

La sostenibilidad de la seda de araña

Los científicos han visto la seda de araña como una alternativa sostenible atractiva 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 artificial 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.

Los gusanos de seda genéticamente modificados ofrecen una solución a este problema, dice Mi, porque los gusanos de seda cubren sus fibras con una capa protectora similar.

«La seda de araña representa un recurso estratégico que necesita ser explorado con urgencia», dijo Junpeng Mi, estudiante de doctorado en la Facultad de Ciencias Biológicas 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 representa una promesa significativa en este campo. Este tipo de fibra se puede utilizar como sutura quirúrgica, satisfaciendo una demanda global que supera los 300 millones de procedimientos al año”.

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

Fibras de seda producidas por gusanos de seda transgénicos. Crédito: Junpeng Mi

Proceso de síntesis y desafíos.

Para hilar seda de araña a partir de gusanos de seda, Mi y su equipo introdujeron genes de proteínas de seda de araña en el ADN de gusanos de seda se expresarán en sus glándulas utilizando una combinación de tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 y cientos de miles de microinyecciones en huevos de gusanos de seda fertilizados. Las microinyecciones plantearon «uno de los desafíos más importantes» del estudio, dijo Mi, pero cuando vio los ojos de los gusanos de seda brillando de color rojo bajo el microscopio de fluorescencia, una señal de que la edición genética había sido exitosa, quedó encantado.

«Bailé y prácticamente corrí a la oficina del profesor Meng Qing para compartir este logro», dijo Mi. “Recuerdo vívidamente esa noche, porque la emoción me mantuvo despierto”.

Los investigadores también tuvieron que realizar modificaciones de «localización» en las proteínas de la seda de la araña transgénica para que interactuaran correctamente con las proteínas de las glándulas del gusano de seda, asegurando que la fibra se hilara correctamente. Para guiar las modificaciones, el equipo desarrolló un “modelo de estructura básica mínima” de seda de gusano de seda.

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

Perspectivas futuras

En el futuro, Mi planea utilizar el conocimiento sobre la dureza y resistencia de las fibras de seda de araña desarrollado en el presente estudio para desarrollar gusanos de seda genéticamente modificados que produzcan fibras de seda de araña tanto naturales como artificiales. aminoácidos.

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

Referencia: “Fibras enteras de seda de araña ultrafuertes y de alta resistencia hiladas a partir de gusanos de seda transgénicos” por Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang, Luyang Tian y Qing Meng, 20 de septiembre de 2023, Pregunta.
DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Comisión de Proyectos Clave de Ciencia y Tecnología de la Municipalidad de Shanghai, la Comisión de Proyectos de Cooperación Internacional de la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai y de fondos de investigación fundamental para universidades centrales.