SCTD, 03/05/2023
Uma equipe de engenheiros descobriu uma técnica para produzir seda de aranha sintética com alto rendimento, mantendo sua força e tenacidade, usando proteínas de pé de mexilhão.
As notáveis propriedades da seda de aranha fascinam os cientistas há muito tempo, pois possui uma força que supera o aço, mas permanece leve e flexível. Fuzhong Zhang, professor de energia, engenharia ambiental e química na Universidade de Washington em St. Louis McKelvey School of Engineering, fez um grande avanço na criação de seda de aranha sintética, abrindo portas para uma nova era de produção sustentável de roupas.
Desde que projetou seda de aranha recombinante em 2018 usando bactérias, Zhang tem se concentrado em melhorar a produção de fios de seda a partir de micróbios, preservando suas características desejáveis, como maior resistência e durabilidade.
Rendimentos mais altos serão críticos se a seda sintética for usada em aplicações cotidianas, particularmente na indústria da moda, onde materiais renováveis são muito procurados para conter os impactos ambientais resultantes da produção de cerca de 100 bilhões de roupas e 92 milhões de toneladas de resíduos a cada ano. .
Com a ajuda de uma proteína de pé de mexilhão projetada, Zhang criou novas proteínas de fusão de seda de aranha, chamadas bi-terminal Mfp fusioned silks (btMSilks). A produção microbiana de btMSilks tem rendimentos oito vezes maiores do que as proteínas recombinantes da seda, e as fibras btMSilk melhoraram substancialmente a resistência e a tenacidade, ao mesmo tempo em que são leves. Isso poderia revolucionar a fabricação de roupas, fornecendo uma alternativa mais ecológica aos têxteis tradicionais. As descobertas foram publicadas recentemente na revista Nature Communications.
“As excelentes propriedades mecânicas da seda de aranha natural vêm de sua sequência de proteínas muito grande e repetitiva”, disse Zhang. “No entanto, é extremamente desafiador pedir a bactérias de crescimento rápido que produzam muitas proteínas repetitivas. Para resolver esse problema, precisávamos de uma estratégia diferente”, disse ele.
“Fomos à procura de proteínas desordenadas que possam ser geneticamente fundidas a fragmentos de seda para promover a interação molecular, de modo que fibras fortes possam ser feitas sem o uso de grandes proteínas repetitivas. E, na verdade, nós os encontramos aqui no trabalho que já estamos fazendo com as proteínas do pé de mexilhão.”
Os mexilhões secretam essas proteínas especializadas em seus pés para aderir às coisas. Zhang e seus colaboradores criaram bactérias para produzi-las e transformá-las em adesivos para aplicações biomédicas. Acontece que as proteínas do pé de mexilhão também são coesas, o que permite que elas também se unam bem. Ao colocar fragmentos de proteína de pé de mexilhão nas extremidades de suas sequências de proteína de seda sintética, Zhang criou um material leve e menos repetitivo que é pelo menos duas vezes mais forte que a seda de aranha recombinante.
Os rendimentos do material de Zhang aumentaram oito vezes em comparação com estudos anteriores, atingindo 8 gramas de material de fibra de 1 litro de cultura bacteriana. Esta saída constitui tecido suficiente para testar o uso em produtos reais.
“A beleza da biologia sintética é que temos muito espaço para explorar”, disse Zhang. “Podemos recortar e colar sequências de várias proteínas naturais e testar esses projetos no laboratório para novas propriedades e funções. Isso torna os materiais de biologia sintética muito mais versáteis do que os materiais tradicionais à base de petróleo.”
Nos próximos trabalhos, Zhang e sua equipe expandirão as propriedades ajustáveis de suas fibras de seda sintética para atender às necessidades exatas de cada mercado especializado.
“Como nossa seda sintética é feita de matéria-prima barata usando bactérias projetadas, ela apresenta um substituto renovável e biodegradável para materiais de fibra derivados de petróleo, como nylon e poliéster”, disse Zhang.
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