Haga clic en la química utilizada para crear seda de araña personalizada

A spider web.

La química del clic convierte la seda de araña producida por bacterias en una maravilla biomédica, que promete innovaciones en fibra óptica, curación de heridas y regeneración de tejidos.

Durante siglos, los agricultores de seda fueron los dueños del lugar, y sus deliciosos hilos producidos a partir de gusanos de seda los convirtieron en la envidia del mundo antiguo. En los tiempos modernos, la seda de araña se ha convertido en un material envidiable por sus sorprendentes propiedades físicas: una notable combinación de fuerza y ​​flexibilidad.

Desafortunadamente, es poco probable que se pueda replicar la producción de seda de araña a gran escala como las históricas granjas de seda en el corto plazo. «No creo que la producción en masa de seda de araña sea realista», explicó Fei Sun, investigador de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. «Creo que la escalabilidad sigue siendo un gran problema».

Según él, criar abejas en las granjas no es realista debido al carácter agresivo y feroz de los pollos. Sin embargo, los avances en biología sintética están permitiendo a los investigadores adaptar sedas de araña como los girasoles para usos biomédicos que no requieren una producción a gran escala.

En un artículo publicado en Materiales funcionales avanzados, Sun y sus colegas describieron un nuevo método para la producción de proteínas de seda de araña en bacterias. Su proceso no sólo es eficiente, sino que les permite dotar a los hilos de diferentes tipos de moléculas que potencian las propiedades naturales de la seda de araña o incluso interactúan con el tejido vivo.

Una red de tecnología moderna

Para crear «seda de araña personalizable», el equipo combinó dos tecnologías genéticas y químicas. El primero es el ADN recombinante, una técnica de biología sintética que permite a los investigadores aislar genes específicos y manipularlos y combinarlos con el genoma de otra especie.

Con esta técnica, la araña solar puede insertar genes de seda en bacterias, Escherichia coliconvirtiendo células bacterianas en fábricas de proteínas de seda de araña.

A continuación, el equipo utilizó un método relativamente nuevo del campo de la química sintética llamado química de clic genéticamente codificada. En resumen, se trata de una técnica para unir (o “hacer clic” entre sí) moléculas de proteínas de manera eficiente, como los bloques de construcción de Lego.

El equipo utilizó este método para añadir genéticamente una etiqueta a la proteína de la seda de araña, que sirve como punto de unión para otras moléculas de interés que están marcadas con la correspondiente molécula receptora. Esto convierte la seda de araña ordinaria en un andamio que puede cargarse con todo tipo de moléculas útiles.

serie funcional

En dos experimentos separados, el equipo pudo demostrar el poder de esta nueva tecnología. Primero, trataron hilos de seda de araña con una enzima llamada selectina. Las esponjas marinas utilizan esta enzima para convertir el ácido silícico en sílice, una estructura similar al vidrio que las esponjas utilizan en sus cuerpos.

El resultado es un híbrido orgánico-inorgánico de proteínas de seda de araña incrustadas en sílice similar al vidrio. No sólo demostró que el equipo podía modificar la proteína de la seda, sino que, según Sun, «podemos convertirla en una fibra óptica».

Para demostrar el potencial de la proteína de seda para usos biomédicos, el equipo luego combinó las proteínas de la seda de araña con moléculas conocidas como ligandos de unión celular. Como sugiere el nombre, estas moléculas se unen a las superficies de las células y se utilizan en el cuerpo para diversos fines, como la curación de heridas y el crecimiento de tejidos.

Se utilizó proteína de seda de araña recubierta con uno de dos ligandos diferentes como plataforma para el cultivo celular y, después de 10 días de crecimiento, la seda recubierta con ligando se cubrió con más células que la seda sin recubrir. No solo eso, las células de la seda recubierta de ligando crecieron más longitudinalmente, de manera similar a cómo crecen y funcionan las células reales en tejidos como el sistema vascular, lo que demuestra que estos andamios de seda se pueden usar para la curación de heridas o la regeneración de tejidos.

Posibilidades ilimitadas

Según Suraj, esta es una excelente prueba de concepto. Las proteínas de seda de araña ya tienen demanda debido a su fuerza, tamaño pequeño y capacidad para resistir la degradación por parte de las enzimas y proteínas del cuerpo. Además, muchos informes afirman que la seda no protege el sistema inmunológico.

Ahora, con un método para producir seda y convertirla en andamios personalizados, Sun cree que los usos potenciales se limitan a los tipos de moléculas que pueden unirse a la seda. Afortunadamente, la IA avanzada también está disponible para esto, dijo Sun.

Potentes programas de inteligencia artificial como Alphafold, que predicen cómo se plegarán, actuarán y conectarán las moléculas y proteínas, permiten a Sun imaginar cómo se comportará una proteína deseada en la seda y cómo colocarla. Ahora, en lugar de adivinar y realizar experimentos para ver si funciona, pueden pensar en los resultados deseados y luego ver qué proteínas podrían funcionar en un escenario determinado.

Sun y sus colegas ahora están investigando el uso específico de proteínas de seda funcionales como plataforma para la regeneración de neuronas u órganos en crecimiento. Para Sun, estos desarrollos están impulsados ​​por nuestra capacidad de buscar inspiración y soluciones en la naturaleza.

«Los investigadores quieren utilizar sistemas biológicos para producir materiales que puedan ser comparables o incluso superiores a lo que nuestros antepasados ​​han estado haciendo durante 1.000 años», afirmó.

Referencia: Angela Ruohao Wu, Fei Sun, et al. Seda de araña multifuncional activada mediante química de clic genéticamente codificada, materiales funcionales avanzados (2023) DOI: 10.1002/adfm.202304143

Crédito de la imagen destacada: Nathan Damlau en Unsplash

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