p A seda de aranha é considerada uma das mais fortes, os materiais mais resistentes da Terra. Agora, engenheiros da Washington University em St. Louis projetaram proteínas híbridas de seda amilóide e as produziram em bactérias modificadas. As fibras resultantes são mais fortes e mais resistentes do que algumas sedas naturais de aranha. p Sua pesquisa foi publicada na revista ACS Nano.

p Para ser mais preciso, a seda artificial - apelidada de fibra de "amiloide polimérica" ​​- não foi tecnicamente produzida por pesquisadores, mas por bactérias que foram geneticamente modificadas no laboratório de Fuzhong Zhang, um professor do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química na Escola de Engenharia McKelvey.

p Zhang já trabalhou com seda de aranha antes. Em 2018, seu laboratório projetou bactérias que produziram uma seda de aranha recombinante com desempenho equivalente a suas contrapartes naturais em todas as propriedades mecânicas importantes.

p "Depois do nosso trabalho anterior, Eu me perguntei se poderíamos criar algo melhor do que seda de aranha usando nossa plataforma de biologia sintética, "Disse Zhang.

p A equipe de pesquisa, que inclui o primeiro autor Jingyao Li, um Ph.D. estudante no laboratório de Zhang, modificou a sequência de aminoácidos das proteínas da seda da aranha para introduzir novas propriedades, enquanto mantém algumas das características atraentes da seda de aranha.

p Um problema associado à fibra de seda de aranha recombinante - sem modificação significativa da sequência natural de seda de aranha - é a necessidade de criar β-nanocristais, um componente principal da seda natural da aranha, o que contribui para sua força. "As aranhas descobriram como girar as fibras com uma quantidade desejável de nanocristais, "Zhang disse." Mas quando os humanos usam processos de fiação artificiais, a quantidade de nanocristais em uma fibra de seda sintética costuma ser menor do que sua contraparte natural. "

p Para resolver este problema, a equipe redesenhou a sequência de seda introduzindo sequências amilóides que têm alta tendência de formar β-nanocristais. Eles criaram diferentes proteínas amilóides poliméricas usando três sequências amilóides bem estudadas como representantes. As proteínas resultantes tinham menos sequências de aminoácidos repetitivas do que a seda da aranha, tornando-os mais fáceis de serem produzidos por bactérias modificadas. Em última análise, a bactéria produziu uma proteína amilóide polimérica híbrida com 128 unidades repetidas. A expressão recombinante da proteína da seda da aranha com unidades de repetição semelhantes provou ser difícil.

p Quanto mais longa a proteína, mais forte e resistente a fibra resultante. As proteínas de 128 repetições resultaram em uma fibra com força gigapascal (uma medida de quanta força é necessária para quebrar uma fibra de diâmetro fixo), que é mais forte do que o aço comum. A resistência das fibras (uma medida de quanta energia é necessária para quebrar uma fibra) é maior do que o Kevlar e todas as fibras de seda recombinantes anteriores. Sua força e dureza são ainda maiores do que algumas fibras naturais de seda de aranha relatadas.

p Em colaboração com Young- Shin Jun, professor do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química, e seu Ph.D. estudante Yaguang Zhu, a equipe confirmou que as altas propriedades mecânicas das fibras amilóides poliméricas realmente vêm da quantidade aumentada de β-nanocristais.

p Essas novas proteínas e as fibras resultantes não são o fim da história das fibras sintéticas de alto desempenho no laboratório de Zhang. Eles estão apenas começando. "Isso demonstra que podemos engenhar a biologia para produzir materiais que superam o melhor material da natureza, "Disse Zhang.