A seda da aranha é tecida por bichos-da-seda geneticamente modificados pela primeira vez

Cientistas na China desenvolveram um método para produzir seda de aranha a partir de bichos-da-seda geneticamente modificados, proporcionando uma alternativa forte e sustentável às fibras sintéticas com aplicações em diversas indústrias.

Os pesquisadores criaram seda de aranha a partir de bichos-da-seda geneticamente modificados, produzindo uma fibra seis vezes mais forte que a fibra Kevlar usada em coletes à prova de balas. O estudo foi publicado em 20 de setembro na revista Tema, foi o primeiro a produzir com sucesso proteínas de seda de aranha inteiras usando bichos-da-seda. Os resultados demonstram uma tecnologia que pode ser usada para fabricar uma alternativa ecologicamente correta às fibras comerciais sintéticas, como o náilon.

“A seda do bicho-da-seda é atualmente a única fibra de seda animal amplamente comercializada, utilizando técnicas de criação bem estabelecidas”, disse Mei. “Portanto, o uso de bichos-da-seda geneticamente modificados para produzir fibras de seda de aranha permite uma comercialização em larga escala e de baixo custo.”

Imagem de rolo de seda forçado. Crédito: Junpeng Mei

Sustentabilidade da seda de aranha

Os cientistas estão a olhar para a seda das aranhas como uma alternativa atraente e sustentável às fibras sintéticas, que podem libertar microplásticos nocivos no ambiente e são frequentemente produzidas a partir de combustíveis fósseis que geram emissões de gases com efeito de estufa. Mas recorrer à natureza em busca de alternativas não é isento de desafios. Os processos anteriormente desenvolvidos para fiar seda sintética de aranha têm lutado para aplicar uma camada superficial de glicoproteínas e lipídios à seda para ajudá-la a resistir à umidade e à exposição à luz solar – uma “camada de pele” antienvelhecimento que as aranhas aplicam em suas teias.

Mee diz que os bichos-da-seda geneticamente modificados oferecem uma solução para esse problema, pois cobrem suas fibras com uma camada protetora semelhante.

“A seda da aranha representa um recurso estratégico que necessita urgentemente de exploração”, disse Junping Mei, doutorando na Escola de Biociências e Engenharia Médica da Universidade Donghua e primeiro autor do estudo. “O desempenho mecânico excepcionalmente alto das fibras produzidas neste estudo é uma grande promessa neste campo. Este tipo de fibra pode ser usado como suturas cirúrgicas para atender a uma demanda global superior a 300 milhões de procedimentos cirúrgicos anualmente.

As fibras de seda de aranha também poderiam ser usadas para fazer roupas mais confortáveis ​​e tipos inovadores de coletes à prova de balas, diz Mei, e podem ter aplicações em materiais inteligentes, militar, tecnologia aeroespacial e engenharia biomédica.

Fibra de seda produzida por bichos-da-seda geneticamente modificados. Crédito: Junpeng Mei

Processo de síntese e desafios

Para fiar a seda da aranha a partir dos bichos-da-seda, Mei e sua equipe inseriram genes da proteína da seda da aranha na célula ADN Dos bichos-da-seda a serem expressos em suas glândulas usando uma combinação da tecnologia de edição genética CRISPR-Cas9 e centenas de milhares de microinjeções em ovos fertilizados do bicho-da-seda. Mei disse que o ICSI representava “um dos desafios mais importantes” do estudo, mas quando viu os olhos dos bichos-da-seda brilharem em vermelho sob um microscópio de fluorescência – um sinal de edição genética bem-sucedida – ele ficou emocionado.

“Eu dancei e praticamente corri até o escritório do professor Meng Qing para compartilhar esse resultado”, disse Mei. “Lembro-me claramente daquela noite, a excitação me manteve acordado.”

Os pesquisadores também precisaram fazer modificações de “localização” nas proteínas da seda da aranha geneticamente modificadas, para que interagissem corretamente com as proteínas das glândulas do bicho-da-seda, garantindo que as fibras fossem fiadas corretamente. Para orientar as modificações, a equipe desenvolveu um “modelo estrutural básico em miniatura” da seda do bicho-da-seda.

“O conceito de ‘localização’ introduzido nesta tese, juntamente com o modelo estrutural simples proposto, representa um afastamento significativo de pesquisas anteriores”, diz Mee. “Estamos confiantes de que a comercialização em grande escala está no horizonte.”

perspectivas futuras

No futuro, Mei planeja usar insights sobre a durabilidade e resistência das fibras de seda de aranha desenvolvidas no estudo atual para desenvolver bichos-da-seda geneticamente modificados que produzem fibras de seda de aranha a partir de materiais naturais e de engenharia. Aminoácidos.

“A introdução de mais de cem aminoácidos modificados tem um potencial ilimitado para fibras de seda de aranha modificadas”, diz Mei.

Referência: “Fibra de seda de aranha inteira de alta resistência e ultra-resistente fiada a partir de bicho-da-seda geneticamente modificado” por Junpeng Mi, Yizhong Zhou, Sanyuan Ma, Xingping Zhou, Shouying Xu, Yuchen Yang, Yuan Sun, Qingyou Xia, Hongnian Zhu, Suyang Wang , Luoyang Tian e Cheng Meng, 20 de setembro de 2023, Tema.
doi: 10.1016/j.matt.2023.08.013

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, Projetos-chave da Comissão Municipal de Ciência e Tecnologia de Xangai, Projetos de Cooperação Internacional da Comissão Municipal de Ciência e Tecnologia de Xangai e Fundos de Pesquisa Fundamental para as Universidades Centrais.