Gusanos de seda modificados producen tela de araña, una fibra ultrarresistente

Científicos chinos han sintetizado por primera vez seda de araña a partir de gusanos de seda genéticamente modificados, produciendo de este modo fibras seis veces más resistentes que el Kevlar utilizado en los chalecos antibalas. El descubrimiento abre amplias perspectivas para la fabricación de nuevos materiales especialmente resistentes.

El estudio, que acaba de ser publicado en la revista Matter, es el primero en producir con éxito proteínas de seda de araña de longitud completa utilizando gusanos de seda. El hallazgo desvela una técnica que podría utilizarse para fabricar una alternativa ecológica a las fibras comerciales sintéticas como el nailon.

"La seda de gusano es actualmente la única fibra de seda animal comercializada a gran escala, con técnicas de cría bien establecidas", afirmó Mi. "En consecuencia, el empleo de gusanos de seda genéticamente modificados para producir fibra de seda de araña permite una comercialización a gran escala y de bajo coste".

Alternativa sostenible a materiales contaminantes

Los científicos han considerado la seda de araña como una atractiva alternativa 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 artificial habían 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, afirma Mi, ya que los gusanos cubren sus propias fibras con una capa protectora similar.

"La seda de araña es un recurso estratégico que necesita ser urgentemente explorado", afirmó Junpeng Mi, de la Universidad de Donghua y primer autor del estudio.

Múltiples aplicaciones prácticas

"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, abordando una demanda global que supera los 300 millones de procedimientos al año".

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

Para hilar seda de araña a partir de gusanos de seda, Mi y su equipo introdujeron genes de la proteína de seda de araña en el ADN de los gusanos de seda para que se expresara 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, clara señal de que la edición genética había sido un éxito, vivió uno de sus momentos más felices como científico.

Los investigadores también necesitaban realizar modificaciones de "localización" en las proteínas transgénicas de la seda de araña para que interactuaran adecuadamente 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.

"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".

En el futuro, Mi planea utilizar conocimientos sobre la dureza 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 aminoácidos tanto naturales como modificados genéticamente.

"La introducción de más de cien aminoácidos diseñados tiene un potencial ilimitado para las fibras de seda de araña", según Mi.

Estudio de referencia: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00421-6