Los científicos tejen seda de araña sintética como el tejido del futuro
Las arañas dan escalofríos a algunas personas, pero los arácnidos tejedores de telarañas producen un material único y versátil que podría ser el textil del futuro.
Hilan una seda tan fuerte como el acero, increíblemente elástica y respetuosa con el medio ambiente.
Desde materiales médicos hasta piezas de automóviles, las aplicaciones de este maravilloso material son infinitas.-pero Producirlo en grandes cantidades es complicado.
Los intentos de cultivar arañas para sus hijos generalmente han fracasado, en gran parte porque las arañas son caníbales ferozmente territoriales y las réplicas de arañas cultivadas en laboratorio han tenido dificultades para igualar la fuerza de las reales, hasta ahora.
Un equipo de científicos japoneses finalmente ha desentrañado el misterio de cómo las arañas tejen hilos súper fuertes y pueden recrear el proceso con materiales sintéticos.
Con las empresas de biotecnología ansiosas por producir en masa estas sedas sintéticas como alternativas sustentables al nailon, el poliéster y otros tejidos derivados del petróleo, el futuro de los textiles de araña parece brillante.
Dosis de asombro
La seda de araña tiene una combinación única de resistencia a la tracción y elasticidad que ha intrigado a los científicos durante siglos.
Los arácnidos producen varios tipos de seda para diferentes propósitos, entre ellos crear redes, envolver presas, proteger a sus crías y escapar de depredadores.
Estas cerdas son todas distintas entre sí y se producen en glándulas diferentes.
De estas variedades, las "draglines", que las arañas utilizan para balancearse y moverse, son particularmente atractivas para los investigadores.
Se dice que las dragalinas tienen una resistencia a la tracción superior a 1 gigapascal, lo que es comparable al acero, y más del doble de fuerte que la seda del gusano de seda.
Además, las dragalinas son resistentes y pueden absorber el doble de energía antes de romperse que el nailon, que es uno de los materiales más resistentes.
La idea de darle un uso práctico a este maravilloso material no es nueva.
Un investigador fabricó un par de guantes y otros artículos utilizando seda de araña a principios del siglo XVIII en Francia y, naturalmente, se exhibieron telas de seda de araña doradas en la Exposición de París de 1900.
Aunque los intentos de cultivar arañas como gusanos de seda han resultado poco prácticos, la producción en masa de seda de araña sintética se ha convertido en el santo grial para los científicos de materiales.
Los investigadores han identificado las principales proteínas que componen las fibras de seda de araña y han desarrollado microorganismos modificados genéticamente que pueden producir estas proteínas.
La seda de araña artificial elaborada de esta manera tiene una huella de carbono significativamente menor que las telas hechas de poliéster, nailon, plantas o animales.
Sin embargo, mientras que las proteínas cultivadas en laboratorio imitaban la estructura y las propiedades de la seda de araña natural, los hilos sintéticos eran notablemente menos resistentes porque los científicos no entendían completamente cómo el proceso de hilado transforma las proteínas de seda natural dentro del cuerpo de una araña de un estado líquido a fibras sólidas.
el gran avance
Un equipo de investigación japonés dirigido por Keiji Numata, profesor de química de polímeros en la Universidad de Kioto, finalmente ha descifrado este código.
En 2024, el equipo de Numata se convirtió en el primero del mundo en replicar artificialmente el complejo proceso de transformación, sin saber cómo las proteínas depositadas en las principales glándulas ampuladas de las arañas se solidifican en fibras cuando se liberan de sus conductos giratorios.
El descubrimiento demostró que los iones de fosfato juegan un papel crucial en la recolección de moléculas de proteína para formar pequeños gránulos en las regiones superiores de la glándula ampulada principal de la araña.
A medida que estas proteínas se mueven a través del conducto giratorio, se les unen iones de hidrógeno, que hacen que se solidifiquen y se transformen en la estructura similar a una malla que hace que la seda de araña sea tan fuerte y flexible.
“Ahora entendemos a nivel molecular cómo se fabrica la seda de araña, un material polimérico natural, dentro del cuerpo de la araña, por lo que podemos aplicar este conocimiento al diseño de materiales sintéticos”, dijo Numata.
La seda de araña sintética tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluidos usos médicos y como material de absorción de impactos en vehículos y materiales estructurales para edificios.
Sin embargo, el material tiene un inconveniente que debe abordarse antes de que pueda alcanzar su máximo potencial: la vulnerabilidad al agua y la humedad.
Los hilos de seda de araña se expanden cuando absorben agua y se encogen cuando se secan.
Numata pretende superar este obstáculo modificando las secuencias de aminoácidos de las proteínas de la seda de araña, para hacer que los hilos sintéticos sean más resistentes al agua y más adecuados para el uso práctico.
"Algún día, podríamos crear seda de araña artificial que pueda superar a la seda de araña natural gracias a secuencias de aminoácidos alteradas", afirmó.
tejidos fermentados
Spiber Inc., una empresa de biotecnología con sede en Yamagata fundada en 2007, también tuvo que superar el "problema del agua" para producir en masa seda de araña artificial para uso práctico.
Spibre ha desarrollado un método para producir proteínas similares a la seda de araña llamadas Qmonos, diseñando nuevas secuencias de aminoácidos de la proteína de seda de araña e introduciendo el ADN alterado en microorganismos que pueden producir estas proteínas.
Sin embargo, Qmonos, llamado así por la palabra japonesa "Kumonosu" para telarañas, siguió siendo sensible a la humedad porque las modificaciones que la compañía hizo a las secuencias de ADN fueron mínimas.
Spibre mejoró modificando las secuencias de aminoácidos de las proteínas para mejorar la respuesta del material al agua.
Spibre produce en masa seda sintética alimentando con azúcar de origen vegetal a sus microorganismos bioingenierizados, que crean proteínas de seda a través de un proceso de fermentación.
El material producido con este método, llamado proteína fermentada, se ha utilizado para fabricar ropa, asientos de automóviles y otros productos.
Otra ventaja de la seda de araña sintética es su baja huella de carbono en comparación con el nailon y el poliéster, que se utilizan comúnmente para fabricar ropa, bolsos y zapatos.
La Conferencia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo ha calificado a la industria de la confección y la moda como el segundo mayor contaminante después de la industria petrolera.
La industria de la moda utiliza aproximadamente 93 mil millones de metros cúbicos de agua al año, suficiente para satisfacer las necesidades de 5 millones de personas.
Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, se estima que entre el dos y el ocho por ciento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero provienen de la fabricación de prendas de vestir.
Además, las fibras sintéticas hechas de plástico no son biodegradables y persisten en el medio ambiente durante décadas. Lavar ropa de plástico también libera diminutas fibras llamadas microplásticos que contaminan el océano.
Aunque las fibras naturales como el algodón son biodegradables, su producción requiere grandes cantidades de agua y pesticidas. Parte de la producción de algodón proviene de regiones con recursos hídricos limitados, donde los efectos del cambio climático pueden ser devastadores.
Por el contrario, la proteína infiltrada se fabrica a partir de fuentes renovables y tiene un menor impacto ambiental durante todo su ciclo de vida, desde la producción hasta la eliminación, según Spibre.
La producción de proteína de araña artificial emite un 79% menos de gases de efecto invernadero y utiliza un 97% menos de agua que la producción de fibras de cachemira, añadió la empresa.
Sin embargo, la seda de araña sintética es cara de producir, al menos por ahora.
Spibre está intentando superar este obstáculo ideando un método para producir más proteínas sintéticas con cantidades reducidas de azúcar.
"Estamos trabajando para proporcionar material de alta calidad y bajo costo mejorando la productividad de los microorganismos productores de seda", dijo un funcionario de Spiber.
