Investigadores chinos crean gusanos mutantes que fabrican seda de araña

Investigadores chinos han modificado genéticamente gusanos de seda para que produzcan seda, pero de araña. Los hilos conseguidos combinan las propiedades mecánicas de fibras sintéticas como el nailon, una de las más resistentes, o el kevlar, material usado en los chalecos antibalas. Los autores del trabajo, publicado en la revista científica Matter, creen que la producción masiva de seda de araña sería una alternativa a materiales sintéticos cuyas virtudes los convierten en un problema ambiental cuando acaba su vida útil.

La producción de seda es una de esas maravillas de la naturaleza de la que los humanos se han aprovechado. Hace milenios, en algún punto del este de Asia, ejemplares de gusano de seda salvaje (Bombyx mandarina) empezaron a ser criados en cautividad. En el proceso de domesticación, sus polillas perdieron la capacidad de volar y el gusano empezó a depender de sus criadores para alimentarse de hojas de morera blanca. Habían creado el gusano de seda doméstico (Bombyx mori). Sus mariposas no volarán, pero siguen siendo animales magníficos: una polilla puede poner centenares de huevos de los que salen minúsculos gusanos de unos milímetros que multiplican su tamaño 40 veces en unas seis semanas. Entonces, dejan de comer y su cabeza se agranda. Se acerca el momento de la metamorfosis y durante unos días el gusano segrega su hilo de seda en torno a él, girando para crear un capullo. En este punto los sericicultores cuecen los capullos, con la crisálida dentro, y tras un proceso de secado, deshilan el capullo. La longitud de la fibra puede superar los 1.000 metros. Brillante, ligera, muy suave, transpirable, biodegradable, relativamente resistente, a la seda le faltan otras propiedades mecánicas que han limitado su uso a la industria textil, algunas aplicaciones médicas y poco más.

Ahora, investigadores de varias universidades chinas plantean que es posible crear una seda tan resistente a la tensión como el nailon de los hilos de pescar y tan dura como otro de los materiales sintéticos más afamados, el kevlar. Para ello pusieron sus ojos y conocimiento en las arañas. Como los gusanos B. mori, la mayoría de las 41.000 especies de arácnidos conocidos producen seda. Y algunos, como la araña de corteza de Darwin, que habita las menguantes selvas de Madagascar, elaboran la fibra de origen animal más tenaz jamás encontrada. En física, la tenacidad se refiere a la capacidad de un material de soportar la deformación hasta que se rompe. Se da la circunstancia de que tanto la seda del gusano como la de las arañas son poliamidas naturales. Mientras, el nailon y el kevlar, son poliamidas sintéticas. Estas últimas han aportado grandes beneficios a la sociedad, pero están entre los mayores contaminantes del entorno por su perdurabilidad y urge encontrar sustitutos sostenibles.

Así que estos científicos chinos se plantearon la posibilidad de producir seda de araña. Salvo algunos ensayos en el laboratorio, la producción masiva de este hilo parece imposible: no se ha logrado domesticar a ninguna especie de araña para seleccionarlas por determinados rasgos. Además, son territoriales y tienden a comerse unas a otras. Así que la cría de estos animales a gran escala no parece tener mucho futuro. La otra opción era recurrir a la genética y es lo que han hecho.

Usando la técnica de edición CRISPR, insertaron genes que expresan las proteínas de la seda de araña en las glándulas secretoras con las que el gusano crea la suya. Y lo hicieron cuando aún estaban dentro de los huevos con microinyecciones. Tras la eclosión dejaron que completaran su ciclo vital hasta que, en la fase de polilla, se aparearan con otras no modificadas genéticamente. De la siguiente generación seleccionaron a varios gusanos, una parte de ellos mutantes. Todos eran capaces de secretar seda y tras forzar su hilado (ver imagen arriba), la analizaron para determinar su estructura química y sus propiedades mecánicas.

El hilo de seda de los gusanos mutantes mostró “una impresionante resistencia en tracción (1.3 GPa) y una tenacidad (300 MJ/m³) seis veces la del kevlar”, escriben los autores en las conclusiones de su trabajo. La primera propiedad, la de la resistencia, se expresa en (giga)pascales, la unidad de presión. Por comparar, el primer nailon patentado (que no inventado) por el gigante químico DuPont hace casi un siglo tenía una resistencia a la tracción de 0,08 GPa, aunque las versiones actuales han mejorado mucho. En cuanto a la tenacidad, sus valores se expresan en julios por metro cúbico. El valor logrado por la seda de araña es uno de los mayores jamás logrado por una fibra, ya sea por la naturaleza o por los humanos.

“Con este proceso es claramente posible producir fibras de seda de araña a gran escala”

Randy Lewis, profesor jubilado en la Universidad Estatal de Utah (Estados Unidos) y pionero de la manipulación genética de gusanos de seda

El primer autor del estudio, Junpeng Mi, investigador de la Facultad de Ciencias Biológicas e Ingeniería Médica de la Universidad de Donghua (China), destaca en una nota de prensa que la seda de araña es “un recurso estratégico que necesita ser explorado de forma urgente”. Para Mi, este material tendría un amplio campo de aplicaciones, empezando por el suyo, la medicina. “Este tipo de fibra se puede utilizar para suturas quirúrgicas, atendiendo una demanda global que supera los 300 millones de procedimientos al año”, dice. Las fibras de seda de araña también podrían usarse para crear ropa con nuevas propiedades, chalecos antibalas, materiales inteligentes, tecnología aeroespacial o ingeniería biomédica. La clave está en escalar lo que han logrado con unos pocos gusanos en el laboratorio.

“La del gusano de seda es actualmente la única fibra de seda animal comercializada a gran escala, con técnicas de cría bien establecidas”, recuerda Mi. “En consecuencia, el empleo de gusanos de seda genéticamente modificados para producir fibra de seda de araña permitiría una comercialización a gran escala y bajo costo”.

El coste, ese es uno de los posibles obstáculos para que esta idea funcione. Es la duda que plantea Gustavo Plaza, profesor de la Universidad Politécnica de Madrid (UPC) e investigador en ciencia de materiales. Durante años, Plaza estuvo investigando todo tipo de sedas, de los gusanos, de diversas especies de araña, la sintética... Aunque ahora estudia otros biomateriales avanzados, cree que la idea de producir seda de araña con gusanos mutantes puede funcionar. “Técnicamente, es viable y podría serlo comercialmente, pero habría que ver el coste comparado con el de las fibras sintéticas”, dice.

El investigador español coincide con los chinos en que la seda de araña “combina lo mejor de fibras como el nailon o el kevlar”. Las arañas producen, según explica, hasta siete tipos de seda diferentes. “Los mejores hilos son los de los radios de sus telarañas”, concreta. Pero su sistema para segregarla es tan sofisticado como el del gusano de seda. Tanto, que los humanos no han podido replicarlo. Lo reconoce Plaza: “Hemos disuelto la seda y usando esas mismas proteínas para hilarla de nuevo no se ha logrado que tenga las mismas propiedades. No conseguimos copiar a arañas y gusanos de seda”.

Hace una docena de años ya hubo otro intento para que los gusanos fabricaran seda de araña. Uno de aquellos pioneros es Randy Lewis, investigador y profesor recientemente jubilado en la Universidad Estatal de Utah (Estados Unidos). Lewis, que no ha participado en el trabajo de sus colegas chinos, reconoce dos grandes avances respecto a su trabajo: “El primero es que han identificado la estructura de proteínas fundamental de la fibra de seda y lo que la hace fuerte. Lo segundo es que han creado gusanos de seda que producen la proteína de la seda de araña en la fibra del capullo en lugar de la proteína del gusano de seda. Esto último es la diferencia clave entre su trabajo y los demás. En los anteriores [como el suyo] siempre había algo de proteína de gusano de seda presente en la fibra”. Lewis coincide con el español Plaza y el chino Mi en que “con este proceso es claramente posible producir fibras de seda de araña a gran escala”.

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