Seda ‘transgênica’ de aranha é tecida por bichos-da-seda pela primeira vez

Cientistas na China sintetizaram seda de aranha a partir de bichos-da-seda geneticamente modificados, produzindo fibras seis vezes mais resistentes do que o Kevlar usado em coletes à prova de balas.

O estudo, publicado em 20 de setembro na revista Matter, é o primeiro a produzir com sucesso proteínas completas da seda da aranha usando bichos-da-seda. As descobertas demonstram uma técnica que poderia ser usada para fabricar uma alternativa ecologicamente correta às fibras comerciais sintéticas, como o náilon.

“A seda do bicho-da-seda é atualmente a única fibra de seda animal comercializada em larga escala, com técnicas de criação bem estabelecidas”, disse Mi. “Consequentemente, o emprego de bichos-da-seda geneticamente modificados para produzir fibra de seda de aranha permite a comercialização em larga escala e de baixo custo.”

Os cientistas consideram a seda das aranhas uma alternativa atraente e sustentável às fibras sintéticas, que podem libertar microplásticos nocivos no ambiente e são frequentemente produzidos a partir de combustíveis fósseis que geram emissões de gases com efeito de estufa. Mas recorrer à natureza em busca de alternativas não é isento de desafios.

Os processos desenvolvidos anteriormente para fiar seda artificial de aranha têm lutado para aplicar uma camada superficial de glicoproteínas e lipídios à seda para ajudá-la a resistir à umidade e à exposição à luz solar – uma “camada de pele” antienvelhecimento que as aranhas aplicam em suas teias.

Os bichos-da-seda geneticamente modificados oferecem uma solução para este problema, diz Mi, uma vez que os bichos-da-seda revestem as suas próprias fibras com uma camada protetora semelhante.

“A seda da aranha é um recurso estratégico com necessidade urgente de exploração”, disse Junpeng Mi, Ph.D. candidato na Faculdade de Ciências Biológicas e Engenharia Médica da Universidade Donghua e primeiro autor do estudo.

“O desempenho mecânico excepcionalmente alto das fibras produzidas neste estudo é uma promessa significativa neste campo. Este tipo de fibra pode ser utilizado como suturas cirúrgicas, atendendo a uma demanda global superior a 300 milhões de procedimentos anuais.”

As fibras de seda de aranha também poderiam ser usadas para criar roupas mais confortáveis ​​e tipos inovadores de coletes à prova de balas, diz Mi, e podem ter aplicações em materiais inteligentes, militar, tecnologia aeroespacial e engenharia biomédica.

Para fiar seda de aranha a partir de bichos-da-seda, Mi e sua equipe introduziram genes de proteínas de seda de aranha no DNA dos bichos-da-seda para que fossem expressos em suas glândulas usando uma combinação da tecnologia de edição genética CRISPR-Cas9 e centenas de milhares de microinjeções em ovos fertilizados de bicho-da-seda.

As microinjeções representaram “um dos desafios mais significativos” do estudo, disse Mi, mas quando viu os olhos dos bichos-da-seda brilhando em vermelho sob o microscópio de fluorescência – um sinal de que a edição genética havia sido bem-sucedida – ele ficou radiante.

Os pesquisadores também precisaram realizar modificações de “localização” nas proteínas transgênicas da seda da aranha para que elas interagissem adequadamente com as proteínas das glândulas do bicho-da-seda, garantindo que a fibra fosse fiada adequadamente. Para orientar as modificações, a equipe desenvolveu um “modelo de estrutura básica mínima” da seda do bicho-da-seda.

“Este conceito de ‘localização’, introduzido nesta tese, juntamente com o modelo estrutural mínimo proposto, representa um afastamento significativo de pesquisas anteriores”, diz Mi. “Estamos confiantes de que a comercialização em grande escala está no horizonte.”

No futuro, Mi planeja usar insights sobre a resistência das fibras de seda de aranha desenvolvidas no estudo atual para desenvolver bichos-da-seda geneticamente modificados que produzem fibras de seda de aranha a partir de aminoácidos naturais e modificados.

“A introdução de mais de cem aminoácidos modificados tem um potencial ilimitado para fibras de seda de aranha modificadas”, diz Mi.