La seda de las bacterias transgénicas es más fuerte que la que producen las arañas

EP | 21/07/2021

Fibra amiloide polimérica hilada. - JINGYAO LI

Fibras más fuertes y resistentes que algunas sedas de araña naturales han sido obtenidas mediante protéinas híbridas de seda amiloide de diseño producidas en bacterias modificadas genéticamente.

Para ser precisos, la seda artificial, denominada fibra "amiloide polimérica", no fue producida técnicamente 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 el Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en Saint Louis. Los resultados se publican en ACS Nano.

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 en un comunicado.

El equipo de investigación 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 la seda de araña natural, es la necesidad de crear nanocristales beta, un componente principal de la seda de araña natural, que contribuye a su resistencia. "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 seda introduciendo secuencias de amiloide que tienen una alta tendencia a formar nanocristales beta. 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, lo que facilitaba su producción por bacterias modificadas genéticamente.

Finalmente, 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, más fuerte y resistente será 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.

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