Nei fumetti, Spiderman lancia la sua seta di ragno a volontà. Nella vita reale, fare seta di ragno artificiale – o sintetica – non è così facile. Ma i ricercatori ora hanno trovato un modo per fare i fili flessibili ma super-forte.

“Ora possiamo farlo nel modo in cui lo fanno i ragni”, dice Anna Rising.

Lei lavora presso l’Università svedese di scienze agricole di Uppsala e l’Istituto Karolinska di Stoccolma, in Svezia. Come biochimica medica, studia i processi chimici importanti negli esseri viventi. Rising inizialmente è diventata veterinaria. Poi si è interessata alla sfida di produrre seta di ragno sintetica. Potrebbe essere un grande aiuto per la medicina, per la produzione e anche per produrre attrezzature per proteggere i soldati.

Rising ha fatto squadra con Jan Johansson, un altro biochimico medico di quelle scuole. Le proteine della seta di ragno lo interessavano a causa del suo lavoro sul morbo di Alzheimer. In quella malattia, una proteina si raggruppa nel cervello. Questi grumi bloccano le normali funzioni del cervello e danneggiano le cellule nervose. E come le proteine si uniscono è simile in entrambi i casi.

L’idea del nuovo processo si è sviluppata quando gli scienziati hanno studiato ciò che i ragni fanno naturalmente.

Ogni molecola della proteina della seta di ragno è come una lunga catena con tre parti fondamentali. La parte più lunga ha segmenti che si ripetono più e più volte (che sono conosciuti come “ripetizioni”). Se si guarda quella parte lunga sotto un microscopio ad alta potenza, sembrerebbe come torri di blocchi Lego impilati collegati da molle, spiega Randy Lewis. È un biochimico della Utah State University di Logan e non ha lavorato al progetto. Le aree impilate Lego forniscono la forza, nota. Le sezioni elastiche danno al materiale elasticità, o allungamento.

Una parte separata della proteina della seta di ragno si trova all’inizio di quella lunga porzione. Un’altra parte si attacca alla fine. Le proteine della seta possono agganciarsi le une alle altre quando la seta viene filata. I ragni hanno delle ghiandole nel loro addome che contengono le proteine della seta in una soluzione a base d’acqua. Per fare la seta sintetica del ragno, il team di Rising aveva bisogno di blocchi di costruzione che formassero una proteina di partenza simile.

Rising ha iniziato raccogliendo ragni pescatori dal Sud Africa. (Il loro nome scientifico è Euprosthenops australis.) Poi lei, Johansson e altri ricercatori hanno studiato la seta del ragno e i suoi geni. Da questo, hanno capito quale parte del codice genetico del ragno avrebbe fatto la proteina della seta. Per fare molte copie di quei segmenti di DNA, hanno usato un processo chiamato reazione a catena della polimerasi (Puh-LIM-ur-ace), o PCR.

Rising e il gruppo di Johannsson hanno poi messo quel materiale genetico in pezzi di DNA che sarebbero entrati facilmente nei batteri. I batteri hanno aggiunto questi pezzi al loro DNA e ora potrebbero fare parti della seta naturale. Ma c’era un problema. Le piccole quantità prodotte non erano molto solubili in acqua. Questo significava che il team non sarebbe stato in grado di mescolarlo in una soluzione a base di acqua come quella contenuta nelle ghiandole della seta dei ragni.

Nel frattempo, i ricercatori cinesi hanno fatto un lavoro simile con un ragno asiatico, Araneus ventricosus. I due gruppi hanno unito le forze e progettato una proteina ibrida. Hanno scelto le parti di ogni specie di ragno che sarebbero state più solubili in acqua. La parte iniziale proveniva dalla seta del ragno africano. La parte finale era del ragno asiatico. Per la parte centrale, i ricercatori hanno usato due ripetizioni del ragno africano. (La proteina della seta naturale di quel ragno ha circa 100 ripetizioni di questo tipo.)

Il team ha allenato i batteri a fare questa proteina ibrida. Poi hanno fatto una soluzione della proteina in acqua, concentrata fino al 50%. Questo è simile alla concentrazione nelle ghiandole dei ragni.

Per ottenere le proteine per fare le fibre

Poi è arrivata la sfida di filare le proteine in fibre. Quando la ghiandola di un ragno pompa la soluzione, il pH della soluzione scende. (La scala del pH misura quanto è acido qualcosa. Più basso è il pH, più è acido). Il gruppo di Rising ha pensato di dover fare qualcosa di simile.

Per imitare il modo in cui la seta di ragno diventa più acida quando viene filata, il nuovo processo del gruppo pompa la soluzione attraverso un tubo sottile. Il diametro della punta del tubo si restringe alla fine. Questo costringe la soluzione proteica in un getto. Il flusso si svuota in un becher con una soluzione acida a base di acqua. Mentre il getto di proteine attraversa il liquido, il suo pH scende. Le singole proteine si collegano. Questo le fa cadere dalla soluzione sotto forma di fibre. Il filo di seta sintetica risultante può essere tirato fuori dal becher e avvolto su una bobina o una carta.

Lo studio del team appare nel numero del 9 gennaio di Nature Chemical Biology.

Per una seta ancora più forte

Il gruppo di Lewis allo Utah State era già riuscito a sciogliere le proteine della seta di ragno in acqua. Nel 2015, questi ricercatori hanno riferito di averle trasformate in una seta usando un metodo diverso. Tuttavia, il livello di proteine in quella soluzione era molto più basso di quello raggiunto dal gruppo di Rising.

Lewis nota che la proteina della seta fatta dal gruppo di Rising e Johansson ha solo un paio di ripetizioni. Più ripetizioni in quella seta rafforzerebbero i fili, sospetta.

Johansson concorda che potrebbe essere meglio avere più ripetizioni. Inoltre, pensa che anche mantenere la proteina altamente solubile sia importante. E la sezione ripetuta più corta probabilmente aiuta in questo. Ma la seta fatta con il loro nuovo processo è già circa un terzo più forte della seta di ragno naturale. Eppure ha solo il due per cento di ripetizioni come quelle della seta del ragno sudafricano.

Il nuovo lavoro è importante, dice Lewis. “Fornisce un’opportunità interessante per semplificare forse il processo di filatura in modo significativo”. E, aggiunge, se funziona per grandi proteine, “è un possibile grande progresso”.

Dopo tutto, allevare i ragni per raccogliere la seta naturale non è pratico. Ognuno dovrebbe essere allevato da solo o potrebbero mangiarsi a vicenda. E ci sarebbero altre sfide.

Una seta sintetica potrebbe avere molti usi. “La seta di ragno ha una combinazione unica di forza ed elasticità”, nota Lewis. In medicina, la seta di ragno potrebbe funzionare come sutura. Potrebbe riparare i tendini. Potrebbe aiutare i nervi danneggiati a ripararsi. Potrebbe anche formare una struttura per la crescita di tessuti sostitutivi in laboratorio.

Per i militari, la seta di ragno sintetica potrebbe entrare nell’equipaggiamento protettivo. Per esempio, le forti fibre potrebbero aiutare a impedire che minuscoli frammenti di dispositivi esplosivi penetrino nella pelle e causino infezioni. Nell’industria, la seta di ragno potrebbe essere usata per fare parti forti e leggere per aeroplani o automobili. “Una delle cose che abbiamo scoperto è che non c’è nemmeno bisogno di usare per fare le fibre”, dice Lewis. Le proteine potrebbero andare in rivestimenti, gel, film o adesivi.

Si deve lavorare ancora prima che questa seta sintetica sia pronta per la produzione di massa. Eppure, dopo 13 anni, Rising è felice che il suo team internazionale abbia finalmente trovato un modo per imitare il modo in cui i ragni filano la propria seta. “È stato uno dei progetti in cui tutto funziona”, dice.

Questa è una delle serie di notizie sulla tecnologia e l’innovazione, resa possibile grazie al generoso sostegno della Lemelson Foundation.