Biomateriales: bacterias y seda de arañas

Uno de los materiales más resistentes que existe

Te lo cuento en este vídeo de la serie “Los microbios en el museo” #microBIOscope:

Después de varios cientos
de millones de años de evolución, la naturaleza cuenta con uno de los materiales más resistentes del mundo: la
seda de arañas.

La seda de araña
es una fibra proteica, rica en
aminoácidos como la glicina y la alanina, fabricada de forma natural por las
arañas. Se conocen más de 46.000
especies distintas de arañas, el 50%
de ellas emplean la seda para capturar presas. Pero hay muchos tipos distintos
de seda, según su función. Algunas se emplean para desarrollar redes de caza (telarañas), nidos, protecciones para sus huevos o incluso para transportarse por el aire a modo de
parapente.

La seda se produce a través de glándulas, algunas arañas puede tener hasta siete glándulas
productoras de seda. Las glándulas producen un fluido (una disolución concentrada de proteínas) que se solidifica al contacto con el aire y se
transforme en seda.

La seda de arañas es uno de los materiales más fascinantes
de la naturaleza: estéril, ligero y casi invisible, cinco veces más resistente
que el acero (por unidad de masa), más resistente que el kevlar (una poliamina
sintética que se utiliza en los chalecos anti-bala) y con una elasticidad muy superior al nylon y a
la mayoría de los materiales plásticos actuales (puede estirarse hasta un 140%
de su longitud sin romperse). Además de ser un material biocompatible.

Actualmente existe un gran interés en estudiar la relación
que hay entre la composición y la estructura química de la seda de araña, con
el fin de desarrollar materiales que
posean propiedades mecánicas similares. El potencial de las fibras de seda de
araña en diversos campos es muy importante: podrían emplearse en campos como la
ingeniería de tejidos para la
regeneración de órganos, tendones o ligamentos, para fabricar suturas, implantes médicos o compresas protectoras, con fines defensivos (chalecos antibalas, materiales antideflagrantes),
o elementos de protección o de
seguridad vial (vallas, parachoques, …), además de tejidos resistentes e
incluso cosméticos.

Desgraciadamente durante décadas los científicos han sido
incapaces de producir seda de arañas en
grandes cantidades; las propias arañas la producen en pequeñas cantidad y todavía no hemos sido capaces de crear “granjas” de arañas (las arañas son
animales solitarios, muy territoriales y caníbales, se comen unas a otras).
Hace unos años se crearon cabras transgénicas capaces de segregar seda de araña
a través de la leche.

Pero, recientemente, un bioquímico alemán, Thomas Scheibel,
ha patentado un proceso por el cual modifica
genéticamente la bacteria Escherichia
coli para que sintetice proteínas de la seda de araña, un sistema que
además tiene la ventaja de no emplear animales. Para ello, ha desarrollado un
nuevo sistema de clonaje que le ha permitido introducir los genes arácnidos
responsables de la síntesis de la seda en la bacteria, y esta sea capaz de
sintetizar la seda mediante la fermentación de azúcares de remolacha o caña. De
esta forma ha sido capaz de sintetizar seda de araña artificial, que ha
denominado Biosteel.

Este es un ejemplo más de cómo podemos aprender de la
naturaleza en este caso para fabricar biomateriales con unas propiedades
fascinantes, … y, por supuesto, empleando bacterias, no nos olvidamos de los
microbios.

Thomas Scheibeles profesor de biomateriales en la
Universidad de Bayreuth (Alemania) y co-fundador de la empresa de biotecnología
AMSilk. Ha sido finalista del European Inventor Award 2018.