Los científicos han estado intrigados durante mucho tiempo por las notables propiedades de la seda de araña, que es más fuerte que el acero pero increíblemente liviana y flexible. Ahora, Fuzhong Zhang, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, ha logrado un avance significativo en la fabricación de seda de araña sintética, allanando el camino para una nueva era de producción de ropa

Desde que diseñó la seda de araña recombinante en 2018 usando bacterias, Zhang ha estado trabajando para aumentar el rendimiento de los hilos de seda producidos a partir de microbios mientras mantiene sus propiedades deseables de mayor resistencia y dureza.

Los rendimientos más altos serán críticos si la seda sintética se va a utilizar en las aplicaciones diarias, particularmente en la industria de la moda, donde los materiales renovables tienen una gran demanda para detener los impactos ambientales que provienen de producir aproximadamente 100 mil millones de prendas y 92 millones de toneladas de desechos cada año..

Con la ayuda de una proteína de pie de mejillón diseñada, Zhang ha creado nuevas proteínas de fusión de seda de araña, llamadas sedas fusionadas bi-terminales Mfp (btMSilks). La producción microbiana de btMSilk tiene un rendimiento ocho veces mayor que las proteínas de seda recombinantes, y las fibras de btMSilk tienen una resistencia y dureza sustancialmente mejoradas a la vez que son livianas. Esto podría revolucionar la fabricación de ropa al proporcionar una alternativa más ecológica a los textiles tradicionales. Los hallazgos fueron publicados el 14 de abril en Nature Communications.

« Las propiedades mecánicas sobresalientes de la seda de araña natural provienen de su secuencia de proteínas muy grande y repetitiva », dijo Zhang. « Sin embargo, es extremadamente desafiante pedirle a las bacterias de rápido crecimiento que produzcan muchas proteínas repetitivas.

« Para resolver este problema, necesitábamos una estrategia diferente », dijo. « Fuimos a buscar proteínas desordenadas que se puedan fusionar genéticamente con fragmentos de seda para promover la interacción molecular, de modo que se puedan producir fibras fuertes sin usar proteínas grandes repetitivas. Y las encontramos aquí mismo en el trabajo que ya hemos estado haciendo con mejillones proteínas de los pies ».

Los mejillones secretan estas proteínas especializadas en sus patas para adherirse a las cosas. Zhang y sus colaboradores han diseñado bacterias para producirlas y diseñarlas como adhesivos para aplicaciones biomédicas. Resulta que las proteínas de las patas de los mejillones también son cohesivas, lo que les permite adherirse bien entre sí. Al colocar fragmentos de proteína de pie de mejillón en los extremos de sus secuencias de proteína de seda sintética, Zhang creó un material liviano menos repetitivo que es al menos dos veces más fuerte que la seda de araña recombinante.

Los rendimientos del material de Zhang se multiplicaron por ocho en comparación con estudios anteriores, alcanzando los 8 gramos de material de fibra por 1 litro de cultivo bacteriano. Esta salida constituye suficiente tejido para probar su uso en productos reales.

« La belleza de la biología sintética es que tenemos mucho espacio para explorar », dijo Zhang. « Podemos cortar y pegar secuencias de varias proteínas naturales y probar estos diseños en el laboratorio en busca de nuevas propiedades y funciones. Esto hace que los materiales de biología sintética sean mucho más versátiles que los materiales tradicionales a base de petróleo ».

En el próximo trabajo, Zhang y su equipo ampliarán las propiedades ajustables de sus fibras de seda sintética para satisfacer las necesidades exactas de cada mercado especializado.

« Debido a que nuestra seda sintética está hecha de materias primas baratas utilizando bacterias diseñadas, presenta un reemplazo renovable y biodegradable para los materiales de fibra derivados del petróleo como el nailon y el poliéster », dijo Zhang.