Los investigadores han descubierto las interacciones moleculares que dan a la seda de araña su notable combinación de fuerza y flexibilidad. El descubrimiento podría ayudar a los científicos a diseñar nuevos materiales bioinspirados para aviones, equipos de protección y uso médico, además de proporcionar información sobre trastornos neurológicos como la enfermedad de Alzheimer.
La investigación se publica en la revista. Actas de la Academia Nacional de Ciencias realizado por científicos del King’s College de Londres y la Universidad Estatal de San Diego (SDSU), describe los principios de diseño fundamentales que podrían conducir a una nueva generación de fibras de alto rendimiento y respetuosas con el medio ambiente.
Es importante destacar que la investigación es la primera en explicar cómo los aminoácidos dentro de las proteínas de la seda de araña interactúan de una manera que les permite actuar como “pegatinas” moleculares, manteniendo unido el material a medida que se forma.
Chris Lorenz, profesor de ciencia de materiales computacionales en el King’s College de Londres y líder del equipo de investigación del Reino Unido, destacó las amplias posibilidades de los hallazgos. “Las aplicaciones potenciales son enormes: la ropa protectora ligera, los componentes de aviones, los implantes médicos biodegradables e incluso la robótica blanda podrían beneficiarse de las fibras fabricadas utilizando estos principios naturales”, afirmó.
¿Por qué la seda de araña es más fuerte que el acero?
Spider Dragline Silk es conocido por su excelente rendimiento. Libra por libra, es más fuerte que el acero y más resistente que el Kevlar, el material utilizado para fabricar chalecos antibalas. Las arañas dependen de este material para construir el marco estructural de sus redes y suspenderse, y los científicos han estado fascinados durante mucho tiempo por cómo la naturaleza crea una fibra tan excepcional.
Este tipo de seda se fabrica dentro de la glándula de seda de una araña, donde las proteínas de la seda se almacenan en forma de un líquido espeso llamado “droga de seda”. Cuando es necesario, la araña convierte este fluido en fibras resistentes con notables propiedades mecánicas.
Los científicos ya sabían que las proteínas primero se acumulan en gotas parecidas a líquidos y luego se convierten en fibras. Sin embargo, los pasos moleculares que vinculan esta agrupación inicial con la resistencia final de la seda siguen siendo un misterio.
Interacciones moleculares detrás de la formación de la seda.
Para resolver este rompecabezas, un equipo interdisciplinario de químicos, biofísicos e ingenieros utilizó una variedad de técnicas computacionales y de laboratorio avanzadas. Estos incluyen simulaciones de dinámica molecular, modelado estructural alfafold 3 y espectroscopia de resonancia magnética nuclear.
Su análisis mostró que dos aminoácidos, arginina y tirosina, interactúan de una manera específica que une las proteínas de la seda en una etapa temprana. Estas interacciones no desaparecen cuando la seda se endurece. En cambio, permanecen activos a medida que se forman fibras, lo que ayuda a crear las complejas nanoestructuras que dan a la seda de araña su excepcional fuerza y flexibilidad.
“Este estudio proporciona una explicación a nivel atómico de cómo las proteínas desordenadas se ensamblan en estructuras altamente ordenadas y de alto rendimiento”, dijo Lorenz.
Enlaces a la ciencia del cerebro y la investigación del Alzheimer
Gregory Holland, profesor de química física y analítica de SDSU que dirigió la parte estadounidense de la investigación, dijo que la complejidad química del proceso fue inesperada.
“Lo que nos sorprendió fue que la seda, que normalmente consideramos una fibra natural bastante simple, en realidad se basa en una técnica molecular muy sofisticada”, dijo Holland. “El tipo de interacción que descubrimos se utiliza en los receptores de neurotransmisores y en la señalización hormonal”.
Debido a esta superposición, los investigadores creen que los hallazgos podrían tener implicaciones más allá de las ciencias de los materiales.
“Cómo las proteínas de la seda se separan de fases y luego forman estructuras ricas en láminas β que vemos en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer”. “El estudio de la seda nos brinda un sistema claro y optimizado evolutivamente sobre cómo controlar la separación de fases y la formación de láminas β”.
