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Biotecnología

Seda de ‘araña roja’ para fabricar nanomateriales

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La secuenciación del genoma de la ‘Tetranychus urticae’, una especie de ácaro que produce seda, acerca la posibilidad de simplificar la fabricación de mejores nanofibras.

  • por Elena Zafra | traducido por
  • 02 Diciembre, 2011

Agricultores de todo el mundo la temen desde hace décadas porque es capaz de devorar más de mil especies diferentes de plantas -incluso algunas tóxicas- y sobrevivir a una amplia gama de plaguicidas. El ácaro Tetranychus urticae, conocido como ‘araña roja’, es hoy día una amenaza para los cultivos a escala mundial. Sin embargo, gracias a la reciente secuenciación del genoma de este arácnido, la situación podría cambiar sustancialmente y pasar de ser un peligro a un aliado del ser humano en campos como la biomedicina o la ingeniería de tejidos.

El hallazgo, que promete ofrecer grandes beneficios que permanecían ocultos en los genes de la ‘araña roja’ hasta ahora, ha sido fruto de una investigación internacional en la que participa un equipo internacional de investigadores, con la colaboración española del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Instituto IMDEA Nanociencia.

El grupo, liderado por Miodrag Gbric, de la Universidad de Western Ontario, acaba de publicar en la revista científica Nature un trabajo financiado por el Gobierno canadiense y el Instituto de Genética de Ontario, en el que se presenta el genoma secuenciado de este ácaro, que ha resultado ser el más corto descifrado hasta el momento entre los artrópodos.

El acceso a esta información genética permitirá crear mejores estrategias de protección agrícola y puede llegar a ser de gran utilidad para la fabricación de nuevos materiales. La seda de este ácaro no solo presenta características similares a la de araña -ligera, biodegradable, biocompatible y con muy buenas propiedades mecánicas-  sino que la aventaja en que es estructuralmente más sencilla. Según los investigadores esto podría deberse a que no se produce en glándulas especializadas como las que tienen las arañas, sino en las glándulas salivales del ácaro, lo que podría implicar un proceso más simple, más fácil de imitar in vitro, y a la larga, dar lugar a un material más sencillo de fabricar en grandes cantidades.

“Es una seda distinta, más ligera”, explica Marisela Vélez, investigadora española que ha colaborado en el estudio. Frente a ella, la seda de araña, que también es prometedora, conlleva un proceso de síntesis “mucho más complejo”, afirma Vélez.

Además, las arañas son muy agresivas y no han podido ser domesticadas para obtener su seda en grandes cantidades. Los investigadores están siguiendo dos rutas para intentar clonar este biomaterial. Por un lado, su objetivo es identificar los genes de la araña que son responsables de la fabricación de las proteínas (espidroína 1 y 2) que compone sus telas, sintetizarlos y expresarlos en otros organismos más fáciles de controlar, como los gusanos, o algunas bacterias o plantas. El segundo proceso en el que están trabajando consiste en fabricar la proteína, hilarla y crear la fibra, todo ello sin perder por el camino sus propiedades. 

Pese a sus diferencias, el camino a seguir en la síntesis de la seda del ácaro ‘araña roja’ sería similar: “Habría que obtener la cantidad suficiente de proteína in vitro y caracterizar el proceso de ensamblaje de la seda y sus propiedades mecánicas y bioquímicas”, explica Vélez.

Para lograr producir nanomateriales, sería necesario primero controlar este proceso, introducir modificaciones para cambiar las propiedades que tenga naturalmente la proteína y darle unas aplicaciones distintas, según explica Vélez. Algo que todavía está lejos de ser una realidad, ya que el potencial nanomaterial a partir de seda de ‘araña roja’  se encuentra en una fase temprana de estudio. No obstante, la investigadora asegura que hay varias empresas con las que han iniciado conversaciones de cara a la licenciación de patentes y al futuro diseño de materiales comerciales.

Es precisamente en ese punto donde radica la mayor dificultad. “Conocer la secuencia del gen de este animal no es suficiente para fabricar las fibras, la otra mitad de la historia es el procesado”, explica José Pérez Rigueiro, biólogo molecular del departamento de Ciencia de Materiales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), que ha investigado durante años en la síntesis de la seda de araña.

“El problema sería pasar de una disolución de proteínas, que pueden ser clones idénticos a la proteína que acaban de secuenciar, a un material sólido que tenga unas propiedades parecidas a la seda natural”. Para explicar esta dificultad, el investigador pone el ejemplo de los intentos de fabricación de la llamada ‘seda regenerada’ a partir de los capullos de los gusanos de seda. El procedimiento consiste en disolverlos e intentar volver a generar un tejido a partir de la disolución. En este caso no hay duda de que el material de que se dispone diluido es idéntico al sólido y, sin embargo, estas iniciativas han encontrado muchas dificultades.

Del mismo modo, aunque se conocen fragmentos largos de los genes de araña que codifican las proteínas de su seda desde principios de los años noventa, hasta  hace poco no había sido posible fabricar fibras adecuadamente hiladas que alcanzaran algunas de las propiedades del material natural. Uno de los avances más prometedores lo consiguió en 2009 el equipo de la UPM del que forma parte Pérez Rigueiro en colaboración con la Universidad de Génova. Su logro –publicado en la revista científica Macromolecules- fue crear una fibra que iguala la energía que es capaz de absorber la seda natural hasta romperse, modificando el proceso de hilado tradicional mediante la deformación del hilo en un medio acuoso.  

La seda es un polímero natural formado a nivel molecular por cadenas de componentes proteicos ‘enmarañadas’ o amorfas y otras regiones en las que éstas se encuentran mucho más ordenadas, denominadas ‘láminas beta’.  La proporción de estos dos tipos de regiones varía dependiendo del tipo de seda. En el caso de la ‘araña roja’, se sabe que tiene un alto contenido de láminas beta, pero no se conoce la proporción de regiones amorfas con respecto a ellas. Esto supone un problema cuando los tecnólogos pretenden  crear fibras imitando varias características a la vez, ya que, como explica Rigueiro, “es necesario conocer la proporción exacta”.

Si se superan estas dificultades, los hilos de seda tienen un campo de aplicación prometedor en el desarrollo de soportes para regenerar tejidos y órganos gracias a su biocompatibilidad, porosidad y resistencia, aún insuperables por vía artificial aunque dispongamos de la ‘receta genética’ de las proteínas que usan los arácnidos. Además, podrían ser remodelables, deshacerse  y desaparecer una vez que hayan cumplido su misión. Esto sería muy útil, por ejemplo, en el caso de implantes para tejido óseo, ya que evitarían algunos de los problemas que tienen a largo plazo los implantes metálicos.

La seda de ‘araña roja’ podría utilizarse también en el reforzamiento de materiales compuestos, por ejemplo, en la industria aeronáutica y del automóvil. En esta línea, Gabriel Pinto, profesor del departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente de la UPM, se muestra optimista respecto a su potencial. "En el trabajo se indica que el espesor del hilo es nanométrico, con lo que se podrían extender con él aplicaciones adicionales de [materiales] nanocompuestos", afirma. Eso sí, Pinto puntualiza que "habrá que esperar algunos años para ver resultados prácticos concretos".

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