Los investigadores han logrado un gran avance en la fabricación de seda de araña sintética.
El nuevo negocio allana el camino para una nueva era de producción de ropa sostenible.
Los científicos han estado fascinados durante mucho tiempo por las notables propiedades de la seda de araña, que es más fuerte que el acero pero increíblemente liviana y flexible.
Desde que diseñó la seda de araña recombinante en 2018 usando bacterias, Fuzhong Zhang, profesor de energía, medioambiente e ingeniería química en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, ha estado trabajando para ampliar los hilos de seda producidos a partir de microbios. mientras mantiene sus propiedades deseables para una mayor resistencia y durabilidad.
Los rendimientos más altos serán críticos si el rayón se usa en las aplicaciones diarias, particularmente en la industria de la moda donde hay una gran demanda de materiales renovables para reducir 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 creó nuevas proteínas de fusión de seda de araña, llamadas sedas fusionadas Mfp de dos terminales (btMSilks). La producción microbiana de btMSilks da como resultado un rendimiento ocho veces mayor que las proteínas de seda recombinantes, y las fibras de btMSilk tienen una resistencia y dureza significativamente mejoradas a la vez que son livianas.
Como se indica en Comunicaciones de la naturalezaEsto podría revolucionar la industria de la confección al proporcionar una alternativa más respetuosa con el medio ambiente a los textiles tradicionales.
«Las excelentes propiedades mecánicas de la seda de araña natural provienen de la gran secuencia de proteínas repetitivas», dice Zhang. Sin embargo, es muy difícil exigir que las bacterias de rápido crecimiento produzcan muchas proteínas repetitivas.
«Para resolver este problema, necesitábamos una estrategia diferente», dice. Fuimos en busca de proteínas desordenadas que pudieran incorporarse genéticamente en fragmentos de seda para mejorar la interacción molecular, de modo que pudieran fabricarse fibras fuertes sin el uso de proteínas repetidas grandes. Y ya lo hemos encontrado aquí en el trabajo que ya hemos estado haciendo con las proteínas de pie de mejillón».
Los mejillones secretan estas proteínas especializadas en sus patas para adherirse a las cosas. Zhang y sus colaboradores diseñaron las bacterias para producirlas y las diseñaron como adhesivos para aplicaciones biomédicas. Resulta que las proteínas de las patas de los mejillones también son cohesivas, lo que les permite adherirse bastante bien también. Al colocar fragmentos de proteína de pie de mejillón en los extremos de su secuencia 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 Chang aumentaron ocho veces en comparación con estudios anteriores, alcanzando los 8 gramos de material de fibra de un litro de cultivo bacteriano. Este rendimiento constituye suficiente textura para probar su uso en productos reales.
«La belleza de la biología sintética es que tenemos mucho espacio para explorar», dice Chang. «Podemos cortar y pegar secuencias de diferentes 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 de petróleo tradicionales».
En el próximo trabajo, Zhang y su equipo ampliarán las propiedades modificables de las fibras de seda sintética para satisfacer las necesidades exactas de cada nicho de mercado.
“Debido a que nuestro rayón está hecho de materias primas baratas utilizando bacterias diseñadas, ofrece una alternativa renovable y biodegradable a los materiales de fibra derivados del petróleo como el nailon y el poliéster”, dice Chang.
El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias apoyaron el trabajo.
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