En los cómics, Spiderman lanza su seda de araña a voluntad. En la vida real, fabricar seda de araña artificial -o sintética- no es tan fácil. Sin embargo, los investigadores han encontrado una forma de fabricar estas hebras flexibles y superfuertes.

«Ahora podemos hacerlo como lo hacen las arañas», dice Anna Rising.

Trabaja en la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas de Uppsala y en el Instituto Karolinska de Estocolmo, Suecia. Como bioquímica médica, estudia los procesos químicos importantes en los seres vivos. Al principio se dedicó a la veterinaria. Luego se interesó por el reto de fabricar seda de araña sintética. Podría ser una gran ayuda para la medicina, para la fabricación e incluso para la producción de equipos para proteger a los soldados.

Rising se asoció con Jan Johansson, otro bioquímico médico de esas escuelas. Las proteínas de la seda de araña le interesaban por su trabajo sobre la enfermedad de Alzheimer. En esa enfermedad, una proteína se aglutina en el cerebro. Esos cúmulos bloquean las funciones cerebrales normales y dañan las células nerviosas. Y la forma en que las proteínas se unen es similar en ambos casos.

La idea del nuevo proceso se desarrolló cuando los científicos estudiaron lo que las arañas hacen de forma natural.

Cada molécula de proteína de seda de araña es como una larga cadena con tres partes básicas. La parte más larga tiene segmentos que se repiten una y otra vez (lo que se conoce como «repeticiones»). Si se observa esa parte larga con un microscopio de alta potencia, parecería torres de bloques de Lego apilados y conectados por muelles, explica Randy Lewis. Es bioquímico de la Universidad Estatal de Utah en Logan y no trabajó en el proyecto. Las zonas apiladas de Lego aportan resistencia, señala. Las secciones elásticas dan elasticidad al material, o lo estiran.

Una parte separada de la proteína de la seda de araña se encuentra al comienzo de esa porción larga. Otra parte se adhiere al final. Las proteínas de la seda pueden engancharse unas a otras cuando la seda se hila. Así se obtienen largas longitudes de fibras de seda.

Las arañas tienen glándulas en sus abdómenes que contienen las proteínas que fabrican la seda en una solución a base de agua. Para fabricar seda de araña sintética, el equipo de Rising necesitaba bloques de construcción que formaran una proteína de partida similar.

Rising comenzó recogiendo arañas pescadoras de Sudáfrica. (Su nombre científico es Euprosthenops australis.) A continuación, ella, Johansson y otros investigadores estudiaron la seda de la araña y sus genes. A partir de ahí, averiguaron qué parte del código genético de la araña podía fabricar la proteína de la seda. Para hacer muchas copias de esos segmentos de ADN, utilizaron un proceso llamado reacción en cadena de la polimerasa (Puh-LIM-ur-ace), o PCR.

El grupo de Rising y Johannsson puso entonces ese material genético en trozos de su ADN que entrarían fácilmente en las bacterias. La bacteria añadió estos trozos a su ADN y ahora podía fabricar partes de la seda natural. Pero había un problema. Las pequeñas cantidades que hicieron no eran muy solubles en agua. Eso significaba que el equipo no podría mezclarlo en una solución a base de agua como la que contienen las glándulas de seda de las arañas.

Mientras tanto, los investigadores chinos realizaron un trabajo similar con una araña asiática, Araneus ventricosus. Los dos grupos unieron sus fuerzas y diseñaron una proteína híbrida. Eligieron las partes de cada especie de araña que fueran más solubles en agua. La parte inicial procedía de la seda de la araña africana. La parte final procedía de la araña asiática. Para el medio, los investigadores utilizaron dos repeticiones de la araña africana. (La proteína de seda natural de esa araña tiene unas 100 repeticiones de este tipo.)

El equipo entrenó a las bacterias para que fabricaran esta proteína híbrida. Luego hicieron una solución de la proteína en agua, concentrada hasta el 50 por ciento. Eso es similar a la concentración en las glándulas de araña.

Conseguir que las proteínas hagan fibras

Luego vino el reto de hilar las proteínas en fibras. A medida que la glándula de la araña bombea la solución, el pH de la misma desciende. (La escala de pH mide el grado de acidez de algo. Cuanto más bajo es el pH, más ácido es). El grupo de Rising pensó que tenía que hacer algo similar.

Para imitar el modo en que la seda de araña se vuelve más ácida a medida que se hila, el nuevo proceso del grupo bombea la solución a través de un tubo fino. El diámetro de la punta del tubo se estrecha al final. Esto obliga a la solución proteica a formar un chorro. El chorro se vacía en un vaso de precipitados con una solución ácida a base de agua. A medida que el chorro de proteínas atraviesa ese líquido, su pH desciende. Las proteínas individuales se unen entonces. Esto hace que se desprendan de la solución en forma de fibras. La hebra de seda sintética resultante puede sacarse del vaso de precipitados y enrollarse en un carrete o tarjeta.

El estudio del equipo aparece en el número del 9 de enero de Nature Chemical Biology.

Hacia una seda aún más fuerte

El grupo de Lewis en la Universidad Estatal de Utah ya había conseguido disolver proteínas de seda de araña en agua. En 2015, estos investigadores informaron de que las habían convertido en seda mediante un método diferente. Sin embargo, el nivel de proteína en esa solución era mucho menor que el que logró el grupo de Rising.

Lewis señala que la proteína de la seda hecha por el grupo de Rising y Johansson solo tiene un par de repeticiones. Más repeticiones en esa seda reforzarían las hebras, sospecha.

Johansson está de acuerdo en que podría ser mejor tener más repeticiones. Además, cree que mantener la proteína altamente soluble también es importante. Y la sección de repetición más corta probablemente ayude a ello. Pero la seda fabricada con su nuevo proceso ya es un tercio más fuerte que la seda de araña natural. Sin embargo, sólo tiene un dos por ciento de repeticiones como las de la seda de la araña sudafricana.

El nuevo trabajo es importante, dice Lewis. «Ofrece una interesante oportunidad para quizá simplificar el proceso de hilado de forma significativa». Y, añade, si funciona para grandes proteínas, «es un posible gran avance».

Después de todo, criar arañas para recoger seda natural es poco práctico. Cada una tendría que ser criada sola o podrían comerse unas a otras. Y habría otros desafíos.

Una seda sintética podría tener muchos usos. «La seda de araña tiene una combinación única de fuerza y elasticidad», señala Lewis. En medicina, la seda de araña podría funcionar como suturas. Podría reparar tendones. Podría ayudar a reparar los nervios dañados. Incluso podría formar un marco para el crecimiento de tejidos de reemplazo en un laboratorio.

Para los militares, la seda de araña sintética podría ir en el equipo de protección. Por ejemplo, sus resistentes fibras podrían ayudar a evitar que los diminutos fragmentos de los artefactos explosivos penetren en la piel y causen infecciones. En la industria, la seda de araña podría utilizarse para fabricar piezas resistentes y ligeras para aviones o coches. «Una de las cosas que hemos descubierto es que ni siquiera hay que usar para hacer fibras», dice Lewis. Las proteínas podrían ir a recubrimientos, geles, películas o adhesivos.

Hay que seguir trabajando antes de que esta seda sintética esté lista para la producción en masa. Sin embargo, después de 13 años, Rising se alegra de que su equipo internacional haya encontrado por fin una forma de imitar cómo las arañas tejen su propia seda. «Ha sido uno de los proyectos en los que básicamente todo funciona», afirma.

Esta es una de las series en las que se presentan noticias sobre tecnología e innovación, que han sido posibles gracias al generoso apoyo de la Fundación Lemelson.