Creata seta sintetica di ragno con proteine di cozza

 

Sviluppato un metodo per creare seta sintetica di ragno ad alte rese mantenendo forza e tenacità utilizzando proteine del piede di cozza.

 

Gli scienziati sono stati a lungo incuriositi dalle notevoli proprietà della seta di ragno, che è più forte dell’acciaio ma incredibilmente leggera e flessibile.

Ora, Fuzhong Zhang, professore di ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, ha fatto un significativo passo avanti nella fabbricazione di seta sintetica di ragno, aprendo la strada a una nuova era di produzione di abbigliamento sostenibile.

Da quando ha progettato la seta di ragno ricombinante nel 2018 utilizzando batteri, Zhang ha lavorato per aumentare la resa dei fili di seta prodotti dai microbi mantenendo le sue proprietà desiderabili di maggiore resistenza e tenacità.

Rese più elevate saranno fondamentali se la seta sintetica deve essere utilizzata nelle applicazioni quotidiane, in particolare nel settore della moda, dove i materiali rinnovabili sono molto richiesti per arginare gli impatti ambientali che derivano dalla produzione di circa 100 miliardi di capi e 92 milioni di tonnellate di rifiuti ogni anno.

Con l’aiuto di una proteina del piede di cozza ingegnerizzata, Zhang ha creato nuove proteine di fusione della seta di ragno, chiamate sete fuse Mfp biterminali (btMSilks).

La produzione microbica di btMSilks ha rese otto volte superiori rispetto alle proteine della seta ricombinanti e le fibre btMSilk hanno sostanzialmente migliorato la resistenza e la tenacità pur essendo leggere.

Ciò potrebbe rivoluzionare la produzione di abbigliamento fornendo un’alternativa più ecologica ai tessuti tradizionali. I risultati sono stati pubblicati il 14 aprile su Nature Communications.

“Le eccezionali proprietà meccaniche della seta di ragno naturale derivano dalla sua sequenza proteica molto ampia e ripetitiva”, ha detto Zhang. “Tuttavia, è estremamente difficile chiedere ai batteri in rapida crescita di produrre molte proteine ripetitive.

“Per risolvere questo problema, avevamo bisogno di una strategia diversa”, ha detto. “Siamo andati alla ricerca di proteine disordinate che possono essere geneticamente fuse in frammenti di seta per promuovere l’interazione molecolare, in modo che le fibre forti possano essere prodotte senza utilizzare grandi proteine ripetitive. E in realtà li abbiamo trovati proprio qui nel lavoro che abbiamo già fatto sulle proteine del piede di cozza“.

Le cozze secernono queste proteine specializzate sui loro piedi per attaccarsi alle cose. Zhang e i suoi collaboratori hanno ingegnerizzato i batteri per produrli e ingegnerizzarli come adesivi per applicazioni biomediche.

A quanto pare, anche le proteine del piede di cozza sono coese, il che consente loro di aderire bene l’una all’altra.

Posizionando frammenti proteici di piede di cozza alle estremità delle sue sequenze proteiche sintetiche di seta, Zhang ha creato un materiale meno ripetitivo e leggero che è almeno due volte più forte della seta di ragno ricombinante.

Le rese sul materiale di Zhang sono aumentate di otto volte rispetto agli studi precedenti, raggiungendo 8 grammi di materiale in fibra da 1 litro di coltura batterica. Questo output costituisce un tessuto sufficiente per essere testato per l’uso in prodotti reali.

“La bellezza della biologia sintetica è che abbiamo molto spazio da esplorare”, ha detto Zhang. “Possiamo tagliare e incollare sequenze da varie proteine naturali e testare questi progetti in laboratorio per nuove proprietà e funzioni. Questo rende i materiali di biologia sintetica molto più versatili rispetto ai tradizionali materiali a base di petrolio”.

Nel prossimo lavoro, Zhang e il suo team amplieranno le proprietà sintonizzabili delle loro fibre di seta sintetica per soddisfare le esigenze esatte di ciascun mercato specializzato.

“Poiché la nostra seta sintetica è realizzata con materie prime economiche utilizzando batteri ingegnerizzati, presenta un sostituto rinnovabile e biodegradabile per i materiali in fibra derivati dal petrolio come nylon e poliestere”, ha detto Zhang.