Na banda desenhada, o Homem-Aranha lança a sua seda de aranha à vontade. Na vida real, fazer seda de aranha artificial – ou sintética – não é tão fácil quanto isso. Mas os investigadores encontraram agora uma forma de fazer os fios flexíveis mas super-fortes.

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“Agora podemos fazê-lo da maneira que as aranhas o fazem”, diz Anna Rising.

Ela trabalha na Universidade Sueca de Ciências Agrícolas em Uppsala e no Instituto Karolinska em Estocolmo, Suécia. Como bioquímica médica, ela estuda processos químicos importantes nos seres vivos. Inicialmente, tornou-se veterinária. Depois interessou-se pelo desafio de fazer seda de aranha sintética. Poderia ser uma grande ajuda para a medicina, para o fabrico e até mesmo para a produção de material para proteger os soldados.

Criar equipa com Jan Johansson, outro bioquímico médico nessas escolas. As proteínas de seda de aranha interessavam-lhe por causa do seu trabalho sobre a doença de Alzheimer. Naquela doença, um tufo de proteínas no cérebro. Esses tufos bloqueiam as funções normais do cérebro e danificam as células nervosas. E como as proteínas se juntam é semelhante em ambos os casos.

A ideia para o novo processo desenvolveu-se à medida que os cientistas estudaram o que as aranhas fazem naturalmente.

Cada molécula de proteína de seda de aranha é como uma longa cadeia com três partes básicas. A parte mais longa tem segmentos que se repetem vezes sem conta (que são conhecidos como “repetições”). Se você olhar para essa parte longa sob um microscópio de alta potência, ela parecerá como torres de blocos de Lego empilhados conectados por molas, explica Randy Lewis. Ele é bioquímico na Universidade Estadual de Utah, em Logan, e não trabalhou no projeto. As áreas do Lego-stack dão força, observa ele. As secções elásticas dão elasticidade ao material, ou stretch.

Uma parte separada da proteína da aranha da seda é encontrada no início dessa longa porção. Outra parte se prende ao final. As proteínas da seda podem se prender umas às outras quando a seda é fiada. Isso faz com que as fibras de seda tenham longos comprimentos.

Aranhas têm glândulas no abdômen que contêm as proteínas da seda em uma solução à base de água. Para fazer seda sintética de aranha, a equipe da Rising precisava de blocos de construção que formassem uma proteína inicial semelhante.

A Rising começou coletando aranhas de pesca da África do Sul. (Seu nome científico é Euprosthenops australis.) Depois ela, Johansson e outros pesquisadores estudaram a seda da aranha e seus genes. A partir disso, eles descobriram qual parte do código genético da aranha faria a proteína da seda. Para fazer muitas cópias desses segmentos de DNA, eles usaram um processo chamado reação em cadeia da polimerase (Puh-LIM-ur-ace), ou PCR.

Araneus ventricosus é uma de duas espécies cujo DNA foi usado por pesquisadores para projetar uma nova proteína de aranha sintética.Masaki Ikeda/Wikimedia (Gnu Free Documentation License)

Rising e o grupo de Johannsson então colocavam esse material genético em pedaços de seu DNA que entrariam em bactérias facilmente. As bactérias adicionaram esses pedaços ao seu DNA e agora poderiam fazer partes da seda natural. Mas havia um problema. As pequenas quantidades que eles faziam não eram muito solúveis na água. Isso significava que a equipe não seria capaz de misturar em uma solução à base de água como aquela contida nas glândulas de seda das aranhas.

Meanwhile, os pesquisadores chineses fizeram um trabalho similar com uma aranha asiática, Araneus ventricosus. Os dois grupos uniram forças e conceberam uma proteína híbrida. Eles escolheram as partes de cada espécie de aranha que seriam mais solúveis em água. A parte inicial veio da seda da aranha africana. A parte final foi a da aranha asiática. Para o meio, os pesquisadores usaram duas repetições da aranha africana. (A proteína natural da seda da aranha tem cerca de 100 repetições)

A equipa treinou bactérias para fazer esta proteína híbrida. Então eles fizeram uma solução da proteína em água, concentrada em até 50%. Isso é semelhante à concentração nas glândulas aranha.

Conseguir que as proteínas façam fibras

A seguir veio o desafio de girar as proteínas em fibras. Como uma glândula de aranha bombeia a solução, o pH da solução cai. (A escala de pH mede como algo é ácido. Quanto mais baixo o pH, mais ácido ele é). O grupo de Rising achou necessário fazer algo semelhante.

Para imitar a forma como a seda de aranha se torna mais ácida à medida que é fiada, o novo processo do grupo bombeia a solução através de um tubo fino. O diâmetro da ponta do tubo estreita-se no final. Isso força a solução proteica para um fluxo de jacto. O jacto esvazia para um copo com uma solução ácida à base de água. À medida que a corrente de proteína do jacto passa por esse líquido, o seu pH cai. As proteínas individuais ligam-se então. Isto fá-las cair da solução como fibras. O fio resultante da seda sintética pode ser arrancado do copo e enrolado em uma bobina ou cartão.

O estudo da equipe aparece na edição de 9 de janeiro da Nature Chemical Biology.

Toward silk ainda mais forte

O grupo de Lewis no estado de Utah já tinha conseguido dissolver as proteínas de seda de aranha em água. Em 2015, esses pesquisadores relataram tê-las transformado em seda usando um método diferente. No entanto, o nível de proteína naquela solução era muito inferior ao que o grupo de Rising conseguiu.

Lewis observa que a proteína da seda feita por Rising e o grupo de Johansson tem apenas algumas repetições. Mais repetições naquela seda reforçariam os fios, ele suspeita.

Johansson concorda que talvez seja melhor ter mais repetições. E mais, ele acha que manter a proteína altamente solúvel também é importante. E a seção de repetição mais curta provavelmente ajuda com isso. Mas a seda feita com seu novo processo já é cerca de um terço tão forte quanto a seda de aranha natural. No entanto, tem apenas 2% de repetições como as da seda da aranha sul-africana.

O novo trabalho é importante, diz Lewis. “Ele fornece uma oportunidade interessante para talvez simplificar o processo de fiação significativamente.” E, ele acrescenta, se funcionar para grandes proteínas, “é um possível grande avanço”.”

Afinal, criar aranhas para colher seda natural é impraticável. Cada uma teria que ser criada sozinha ou elas poderiam se comer umas às outras. E haveria outros desafios.

Uma seda sintética poderia ter muitos usos. “A seda aranha tem uma combinação única de força e elasticidade”, observa Lewis. Na medicina, a seda de aranha poderia funcionar como sutura. Poderia reparar tendões. Pode ajudar os nervos danificados a repararem-se a si próprios. Pode até formar uma estrutura para o crescimento de tecidos de substituição num laboratório.

Para os militares, a seda de aranha sintética pode ir para o equipamento de protecção. Por exemplo, as fibras fortes podem ajudar a evitar que pequenos fragmentos de dispositivos explosivos penetrem na pele e causem infecções. Na indústria, a seda tipo aranha poderia ser usada para fazer peças fortes e leves para aviões ou carros. “Uma das coisas que descobrimos é que você nem precisa usar para fazer fibras”, diz Lewis. As proteínas poderiam entrar em revestimentos, géis, filmes ou adesivos.

Mais trabalho deve ser feito antes que esta seda sintética esteja pronta para a produção em massa. No entanto, após 13 anos, Rising está feliz por sua equipe internacional ter finalmente encontrado uma maneira de imitar como as aranhas giram sua própria seda. “Tem sido um dos projetos onde tudo basicamente só funciona”, diz ela.

Este é um de uma série que apresenta notícias sobre tecnologia e inovação, tornada possível com generoso apoio da Fundação Lemelson.