Å bruke edderkopper til produksjon av spindelvev i industriell skala er umulig, men det er mulig å produsere bakterier som kan produsere spindelvevsproteinene som trengs. Et forskerteam ledet av SLU og KI har nå designet proteiner med egenskaper som ikke engang edderkopper kan oppnå, og den kunstige tråden de nå har spunnet er omtrent like sterk og tøff som ekte edderkopptråd. Utvekslingen er også i tråd med det som kreves for industriell produksjon.
Resultatene er nettopp publisert i tidsskriftet Advanced Functional Materials, av en internasjonal forskningsgruppe ledet av Anna Rising fra Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) og Karolinska Institutet (KI), og Jan Johansson fra KI.
Spindelvev er den tøffeste fiberen som finnes i naturen, dvs. den som er best til å absorbere energi. Storskala produksjon av kunstig spindelvev som samsvarer med de mekaniske egenskapene til den naturlige tråden har så langt ikke blitt oppnådd. Utviklingen av små spindelvevsproteiner produsert ved hjelp av bakterier har imidlertid gjort storskala fiberproduksjon økonomisk mulig, men disse fibrene har dårligere mekaniske egenskaper enn naturlig spindelvev.
Egenskaper som edderkoppene ikke selv kan oppnå
For å forbedre de mekaniske egenskapene til de kunstige spindelvevene, gjorde forskerne det naturen selv ikke kan gjøre, ved å bruke innsikt i grunnleggende biologiske prinsipper. Styrken til spindelvevet har sitt utspring i proteinsegmenter som er tett pakket og sammenføyd som en lukket glidelås. Spindelvevsproteiner skilles ut fra cellene i edderkoppens silkekjertel, og deres struktur begrenses av at de ikke kan inneholde lange fettsegmenter, fordi slike segmenter setter seg fast i membranene inne i cellen. Samtidig skjønte forskerne at nettopp slike fettsegmenter ville gi sterkere interaksjoner i proteinglidelåsene, noe som er attraktivt hvis man ønsker å produsere sterkere kunstig spindelvev.
Skjer proteinproduksjonen i bakterier, er det imidlertid mulig å omgå de biologiske lovene som edderkopper må følge, da bakteriene mangler cellemembranene som proteinene kan sette seg fast i. slike proteiner i bakterier.
Samme som naturlige spindelvev
For flere år siden designet forskerne en enkel, men veldig effektiv og naturlignende (biomimetisk) spinneanordning, der de kan spinne kilometer med tråder. Med de nye spesialdesignede spindelvevsproteinene lyktes de med å produsere fibre med økt styrke, og to typer fibre viste like mye seighet som naturlige spindelvev.
– Ved å dyrke bakteriene i en bioreaktor kunne vi produsere cirka 9 gram protein per liter, noe som er i tråd med kravene til økonomisk bærekraftig industriproduksjon, sier Anna Rising. Proteinene vi får fra kun én liter bakteriekultur er nok til å spinne en 18 km lang fiber.
Bidrag til kommersialisering
Disse trådene har potensial til å kunne erstatte mange miljøfarlige plastbaserte fibre som brukes i for eksempel tekstilindustrien i dag. For å fastslå markedspotensialet til de kunstige spindelvevene skal forskere nå skalere opp produksjonen, gjennomføre en markedsanalyse, sikre patentrettigheter og starte et selskap. Dette er muliggjort ved at Anna Rising får et stipend fra European Research Council (ERC Proof of Concept 2022), som tildeles forskere som allerede har mottatt midler fra dette forskningsrådet og ønsker å prøve å gjøre bruk av deres funn.
Kilde: Sveriges lantbruksuniversitet (SLU)
Foto: Tesla Delacroix, CC BY-SA 4.0
