Titanio, magnesio, aluminio… y telas de araña. Quizás el futuro aeronáutico pase por supermateriales que con los que llevamos conviviendo milenios. Una telaraña es más resistente que el acero, el relación a su peso. Sin embargo, no se puede producir industrialmente, salvo que nos olvidemos de las arañas para producirla.

Un equipo de la Universidad de Washington-Saint Louis ha presentado esta semana un método de elaboración de telas de araña mediante bacterias diseñadas por ingeniería genética.

Tela de araña producida con genes de bacterias

Tela de araña producida con genes de bacterias Christopher Bowen

«En la naturaleza, hay una gran cantidad de materiales basados ​​en proteínas que tienen propiedades mecánicas sorprendentes, pero el suministro de estos materiales a menudo es limitado», explica Fuzhong Zhang, investigador principal del proyecto. «Mi laboratorio está interesado en diseñar microbios para que no sólo podamos producir estos materiales, sino también mejorarlos».

Si se produce en cantidades suficientes, la seda de araña podría usarse para una variedad de aplicaciones, desde tela a prueba de balas, hasta suturas quirúrgicas. Las arañas producen pequeñas cantidades y algunas especies se vuelven caníbales cuando se las mantiene en grupo. Por lo tanto, los científicos han intentado diseñar bacterias, levaduras, plantas e incluso cabras para producir seda de araña. Aún no han podido replicar completamente las propiedades mecánicas de la fibra natural.

Parte del problema es que las proteínas de seda de araña están codificadas por secuencias muy largas y altamente repetitivas de ADN. Las arañas han desarrollado formas de mantener estas secuencias en su genoma. Pero cuando los científicos ponen este tipo de ADN en otros organismos, los genes son muy inestables, a menudo se cortan o se alteran por la maquinaria celular del huésped.

Zhang y sus colegas se preguntaron si podrían dividir las secuencias largas y repetitivas en bloques más cortos que las bacterias pudieran manejar y convertir en proteínas, para ensamblarlas en tramos cortos, después, en la fibra de seda de araña más larga.

Además de las aplicaciones aquí en la Tierra, el sistema de producción de proteínas bacterianas podría ser útil durante las misiones espaciales, señala Zhang. «La NASA es uno de nuestros patrocinadores, y están interesados ​​en la bioproducción», dice. «Actualmente están desarrollando tecnologías en las que pueden convertir el dióxido de carbono en carbohidratos que podrían usarse como alimento para los microbios que estamos diseñando. De esa manera, los astronautas podrían producir estos materiales basados ​​en proteínas en el espacio sin traer una gran cantidad de materias primas».

Genes de bacterias. Proteínas de mejillones

El equipo introdujo genes en bacterias que codificaban dos piezas de la proteína de seda de araña, cada una flanqueada por una secuencia llamada inteína dividida. Las inteínas divididas son secuencias de proteínas naturales con actividad enzimática: dos inteínas divididas en diferentes fragmentos de proteínas pueden unirse y luego cortarse para producir una proteína intacta. Después de introducir los genes, los investigadores abrieron la bacteria y purificaron las piezas cortas de proteína de seda de araña.

La mezcla de los fragmentos hizo que se unieran a través del «pegamento» de la secuencia de inteína dividida, que luego se cortó para producir la proteína de longitud completa. Cuando se convirtió en fibras, la seda de araña producida de forma microbiana tenía todas las propiedades de la seda de araña natural, incluida una resistencia, dureza y elasticidad excepcionales.

La seda microbiana tenía todas las propiedades de una resistencia, dureza y elasticidad de la de araña

Los investigadores pueden hacer varias proteínas repetitivas simplemente intercambiando el ADN de la seda de la araña y poniendo otras secuencias en bacterias. Por ejemplo, los investigadores utilizaron la técnica para hacer una proteína a partir de mejillones que se adhieren fuertemente a las superficies. La proteína podría algún día ser aplicada como un adhesivo bajo el agua.

Ahora, los investigadores están trabajando en la simplificación del proceso para que la reacción de unión de proteínas pueda ocurrir dentro de las células bacterianas. Esto mejoraría la eficiencia y la potencial automatización del sistema porque los investigadores no tendrían que purificar las dos piezas de la proteína y luego incubarlas juntas.

¿De qué está hecha una nave espacial?

Recreación artística de un vehículo de exploración marciana

«La mayoría de los cohetes están hechos de aluminio: es barato, ligero y lo suficientemente fuerte», explica Eugene Miya, extecnólogo aeroespacial en la NASA en Quora. Otras partes de la nave dependen de la naturaleza de su misión: puede tener metales como el titanio (más difícil de trabajar), cerámicas (tristemende célebres por el accidente del transbordador), compuestos como el blindaje térmico ablativo. Algunos experimentos utilizan aero-geles. El acero y el plomo se utilizan en varios lugares para proteger contra impactos de los meteoritos y la radiación. Se utilizan varios tipos de vidrio y plásticos.

En cualquiera de los casos, agencias como la NASA investigan constantemente sobre las propiedades de diferentes materiales conforme a las fuerzas y energías que vayan a soportar en cada misión, tal y como se explica en este documento.