Agregar ADN de araña a los gusanos de seda crea una seda más fuerte que el Kevlar

Bruno I. Scollo

El estudio y la copia de modelos, sistemas o elementos de la naturaleza para abordar desafíos humanos complejos se conoce como "biomimética". Hace quinientos años, un anciano erudito italiano pasó meses observando el vuelo de los pájaros. El resultado fue el Códice biomimético sobre el vuelo de los pájaros de Leonardo da Vinci, uno de los textos fundamentales de la ciencia de la aerodinámica. Es la ciencia que elevó a los hermanos Wright y aún no ha alcanzado su punto máximo. 

Hoy en día, la biomimética está en todas partes. Los bañadores inspirados en tiburones, los adhesivos inspirados en geckos y los repelentes de agua inspirados en lotos están tomados de la observación del mundo natural. Después de millones de años de evolución, la naturaleza tiene bastantes ases bajo la manga. Son trucos de los que podemos aprender. Y ahora, gracias al ADN de una araña y a una inteligente ingeniería genética, tenemos otra que añadir a la lista.

La esquiva seda de araña

Sabemos desde hace mucho tiempo que la seda de araña es extraordinaria, en formas que las fibras sintéticas no pueden emular. El nailon es increíblemente fuerte (puede soportar mucha fuerza) y el Kevlar es increíblemente resistente (puede absorber mucha fuerza). Pero ninguno de los dos es a la vez fuerte y duro. En todas las fibras poliméricas artificiales, la resistencia y la dureza son mutuamente excluyentes, por lo que elegimos el mejor material para el trabajo y nos las arreglamos.

La seda de araña, una fibra polimérica natural, rompe esta regla. De alguna manera es a la vez fuerte y resistente. No sorprende, entonces, que la seda de araña sea fuente de muchos estudios.

El problema, sin embargo, es que las arañas son increíblemente difíciles de cultivar, y mucho menos de cultivar. Si los juntas, se atacarán y matarán entre sí hasta que solo uno o unos pocos sobrevivan. Si pones 100 arañas en un espacio cerrado, participarán en unos agresivos y aracnocidas Juegos del Hambre. Es necesario darle a cada uno su propio espacio y límites, y un hotel araña es difícil y costoso. Los gusanos de seda, por el contrario, son pacíficos y productivos. Estarán todo el día haciendo la seda que se ha utilizado en textiles durante siglos. Pero la seda de los gusanos de seda es frágil. Tiene un uso muy limitado. 

El truco difícil de alcanzar –y lucrativo–, entonces, sería diseñar genéticamente un gusano de seda para producir seda con calidad de araña. Hasta ahora, los esfuerzos han sido infructuosos. Es decir, hasta ahora.

Gusanos de seda araña

Junpeng Mi y sus colegas que trabajan en la Universidad de Donghua, China, utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR para recodificar las propiedades de creación de seda de un gusano de seda. Primero, tomaron genes de Araneus ventricosus, una araña tejedora de orbes del este de Asia conocida por su fuerte seda. Luego colocaron estos genes complejos (genes que involucran más de 100 aminoácidos) en óvulos de gusanos de seda. (Esta descripción no capta cuán lento, técnico y laborioso fue esto; es un procedimiento que requiere cientos de miles de microinyecciones).

Todo esto se había hecho antes y había fracasado antes. Donde Mi y su equipo tuvieron éxito fue utilizando un concepto llamado "localización". La localización implica centrarse en una ubicación muy específica de un genoma. Para este experimento, el equipo de la Universidad de Donghua desarrolló un “modelo de estructura básica mínima” de seda de gusano de seda, que guió las modificaciones genéticas. Querían asegurarse de tener exactamente las proteínas transgénicas de seda de araña adecuadas. Mi dijo que combinar la localización con este modelo de estructura básica "representa un cambio significativo con respecto a investigaciones anteriores". Y, a juzgar sólo por los resultados, podría tener razón. Sus "fibras exhibieron una impresionante resistencia a la tracción (1299 MPa) y tenacidad (319 MJ/m 3 ), superando seis veces la tenacidad del Kevlar".

Un mundo de supermateriales

La investigación de Mi representa la ruptura de una barrera. Abre vías de enorme importancia para futuros materiales biomiméticos. Como dice Mi: "Este logro innovador resuelve eficazmente los desafíos científicos, técnicos y de ingeniería que han obstaculizado la comercialización de la seda de araña, posicionándola como una alternativa viable a las fibras sintetizadas comercialmente como el nailon y contribuyendo al avance de la civilización ecológica".

Alrededor del 60 por ciento de nuestra ropa está hecha de fibras sintéticas como nailon, poliéster y acrílico. Estos plásticos son útiles, pero a menudo perjudiciales para el medio ambiente. Se vierten en nuestras vías fluviales y, a veces, dañan la vida silvestre. La producción de estas fibras es una fuente de emisiones de gases de efecto invernadero. Ahora tenemos una “alternativa sostenible, ecológica, de alta resistencia y ultrarresistente”. Podemos hacer que los gusanos de seda creen seda seis veces más resistente que el Kevlar y diez veces más fuerte que el nailon. 

No deberíamos dejarnos llevar. Esto no va a transformar la industria textil de la noche a la mañana. Los gusanos de seda editados genéticamente seguirán produciendo sólo una cantidad comparativamente pequeña de seda, incluso si se cultivan por millones. Pero, como reconoce el propio Mi, esto es sólo el comienzo. Si las técnicas de localización y modelo estructural de Mi son tan notables como parecen, entonces esto abre la puerta a una gran cantidad de supermateriales.

La naturaleza sigue inspirando. Teníamos el ave, el gecko y el tiburón. Ahora tenemos la araña-gusano de seda. ¿Qué nuevos secretos descubriremos en el futuro? ¿Y de qué maneras interesantes cambiará el mundo?

Fuente: https://www.freethink.com/hard-tech/spider-dna-silkworms-kevlar