Si las arañas pueden tejer fibras resistentes como el acero y más flexibles que el nylon, ¿por qué no imitarlas para aplicar estas cualidades a diferentes campos de la ciencia y la tecnología? Dos grupos de científicos europeos, tras examinar la composición, estructura y funciones de sus intrincadas redes, publican esta semana en la revista Nature sendos artículos en los que explican cómo las proteínas y las moléculas de las telarañas hacen factible su solidez y flexibilidad características.
Por un lado, participa un grupo de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Oslo (Noruega), y Uppsala (Suecia) analizando la estructura tridimensional de unas proteínas que configuran la seda de la telaraña y que la proporcionan elasticidad y rigidez, las espidroínas, experimentando con la tela de araña africana Euprosthenops australis. Por otro, biólogos de la Universidad Técnica de Múnich, Universidad Bayreuth y el Instituto Max-Planck, en Alemania han estudiado las proteínas de la seda relacionadas con la reacción ante los estímulos químicos o el movimiento exterior en una especie europea común: la araña de jardín, Araneus diadematus. Ambos resultados abren una vía al desarrollo de nuevos materiales para la industria, la medicina u otras aplicaciones.
En el mundo hay más de 37.000 especies de arañas. Sobrevivieron a la extinción de los dinosaurios y fabrican desde hace más de 300 millones de años diferentes tipos de hilo que a veces no es pegajoso. Lo utilizan para atrapar, envolver su alimento, proteger sus huevos, trepar o como refugio. Esta seda de la telaraña se construye con proteínas, que son los elementos que forman la estructura de los organismos vivos y les dan forma. Una parte de la proteína es responsable de que las fibras de seda de este tejido no se enmarañen entre sí, según explica a SINC Cristina Casals Carro, catedrática de Bioquímica y Biología Molecular de la UCM y coautora del estudio. Las arañas tienen unas glándulas en la punta del abdomen que producen proteínas de seda. Las moléculas que proporcionan elasticidad y rigidez a los hilos se organizan a través de la glándula hasta formar un cristal líquido y antes de salir de su cuerpo, éste se solidifica, conformando una fibra sólida e insoluble. El cambio de la acidez del pH en las sustancias del extremo de la proteína explica esta súbita transformación.
Las fibras de seda de araña son mucho más resistentes que un cable de acero a su escala y muy elásticas, ya que pueden estirarse hasta más del doble de su longitud original sin romperse. Esta seda también es tres veces más firme que cualquier fibra sintética y hasta ahora no se ha logrado fabricar nada similar. "La elevada elasticidad y la altísima resistencia a la tracción de la seda de araña natural no tienen parangón, ni siquiera con las fibras producidas a partir de proteínas de seda de araña pura", expone el profesor Horst Kessler, de la Universidad Técnica de Munich.
Al analizar la estructura de esta gran obra de ingeniería mediante rayos X, los investigadores observan que hay lugares en ella en los que varias proteínas se entrelazan entre sí mediante conexiones que le proporcionan estabilidad a la malla y que entre los puntos de contacto hay lugares que no se entrecruzan, aportando a la tela su característica elasticidad. El lugar donde se trama la seda tiene que tener el suficiente espacio entre sus fibras para que las proteínas no se acoplen entre sí espontáneamente, por eso se concluye que sus elementos deben almacenarse de alguna manera especial. Estas tejedoras natas se desplazan con facilidad a través de la red elástica gracias a unas garras que poseen en sus patas.
El método utilizado para analizar esta urdimbre ha sido el de la espectroscopía mediante resonancia magnética nuclear, con el que el equipo alemán ha conseguido desentrañar la estructura de un elemento que interviene en la formación de las fibras sólidas. En las condiciones de almacenamiento de las glándulas de la seda, estos componentes se organizan por parejas, de modo que las zonas de contacto de ambas cadenas proteicas no puedan situarse en paralelo, impidiendo, así, que las hebras se enmarañen, según explica Thomas Scheibel, investigador de la Universidad Bayreuth. Estos componentes se van organizando, así, de forma estable conformando la característica red del arácnido.
En referencia a las posibles aplicaciones de la ingeniería arácnida, el grupo de científicos alemán pretende desarrollar hilos artificiales y fabricar un dispositivo de tejido que mimetice al biológico en un plan conjunto desarrollado con la industria y patrocinado por el Gobierno Federal de Alemania. Otros usos serían la fabricación de material de sutura quirúrgica reabsorbible o de fibras para automóviles. “La producción biotecnológica de las fibras, que son más fuertes que el acero y más elásticas que el nylon, tiene múltiples aplicaciones no solo a nivel industrial, sino también biomédicas. Fibras similares a la seda generan un material biocompatible de gran utilidad en cultivos celulares y medicina regenerativa”, expone Cristina Casals, que reconoce que aún no existe ningún material similar a las fibras de las arañas fabricado por el hombre, pero confía en que no tardaremos en imitarlo.
FUENTES
SINC
Referencias bibliográficas
Glareh Askarieh, My Hedhammar, Kerstin Nordling, Alejandra Saenz, Cristina Casals, Anna Rising, Jan Johansson y Stefan D. Knight - “Self-assembly of spider silk proteins is controlled by a ph-sensitive relay”; y Franz Hagn, Lukas Eisoldt, John G. Hardy, Charlotte Vendrely, Murray Coles, Thomas Scheibel y Horst Kessler – “A conserved spider silk domain acts as a molecular switch that controls fibre assembly”. Nature 465: 236-242, 13 de mayo de 2010. Doi: 10.1038/nature08962 y 10.1038/nature08936.
Imágenes de telarañas
Documental sobre arañas. National Geographic
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