Batteri-ragni: i produttori delle ragnatele del futuro

I ragni e le loro ragnatele

La natura non smette mai di stupirci e, benché l’uomo cerchi di imitarla, i risultati non sono altrettanto stupefacenti. Oggi ci occuperemo di un materiale naturale molto affascinante per gli studiosi: le fibre di seta prodotte dai ragni per creare le loro ragnatele. Si tratta di un materiale altamente resistente (addirittura si stima essere cinque volte più resistente dell’acciaio) (Figura 1).

ragnatele
Figura 1: Prede impigliate in una ragnatela

Da cosa sono costituite le ragnatele?

A svelare l’arcano ci hanno pensato il professor Hannes C. Schniepp e la sua studentessa Qijue Wang, ricercatori del Dipartimento di Scienze Applicate del College of William and Mary di Williamsburg: si tratta di una fibra proteica costituita da più di 3500 amminoacidi, derivante da una sostanza liquida prodotta da ghiandole specializzate (dette ghiandole filatrici), che, nel momento in cui viene “filata”, assume la consistenza solida a cui si deve la peculiare resistenza.

Possibili utilizzi delle ragnatele

Questo ha portato gli studiosi ad interrogarsi su possibili utilizzi di questo materiale a vantaggio dell’uomo: uno studio, condotto presso il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, lo ha visto impiegato come base per una pelle artificiale, grazie non solo alle sue qualità meccaniche, ma anche ad una elevata tollerabilità e a caratteristiche antimicrobiche (in questo modo si eviterebbero situazioni di rigetto e/o infezioni), o ancora potrebbe essere utilizzato per suture chirurgiche o per fabbricare dei giubbotti antiproiettile.

Problemi nel loro utilizzo

La problematica principale è che si tratta di un materiale così prezioso, poiché i ragni la producono solo quando necessario per creare la ragnatela e non in maniera continua. Inoltre, anche volendo riprodurre il processo in laboratorio, si tratta di una strategia fallimentare. Infatti, le ghiandole filatrici che lo producono, lo fanno solo in particolari condizioni di pH acido e in concentrazioni chimiche ancora ignote per i ricercatori.

Per ovviare a questa problematica, numerosi studiosi hanno provato ad ingegnerizzare batteri, lieviti, piante e perfino le cellule mammarie della capra. Fino ad ora, però, nessun gruppo di ricerca ha ottenuto delle fibre con la stessa resistenza meccanica di quelle naturali.

Il problema è che i geni codificanti per le proteine che costituiscono questo materiale presentano sequenze molto lunghe e ripetitive, che, quando inserite in organismi differenti, sono altamente instabili e vengono facilmente perdute.

Possibile soluzione

I ricercatori della Washington University hanno trovato una risoluzione a questo problema. Questi hanno ipotizzato di poter tagliare queste sequenze, per renderle più facilmente manipolabili dalla cellula batterica e rendere più semplice la produzione delle differenti proteine. Ciascuna di queste sequenze tagliate è fiancheggiata da regioni chiamate “split intein” (Figura 2), delle sequenze proteiche naturali con funzione di collante. La loro funzione è la seguente: dopo aver estratto e purificato le differenti proteine, ottenute nella cellula batterica, queste vengono miscelate,in modo tale che la presenza di queste regioni (che si staccano dalla proteina) permetta la creazione di una fibra unica con le stesse caratteristiche di quella naturale.

sequenze dei geni codificanti per le proteine che compongono le ragnatele
Figura 2: nell’immagine è possibile vedere la raffigurazione di una proteina composita, contenete una inteina (in verde) e due exteine (in blu e rosso)

In questo modo i ricercatori sono riusciti a produrre una quantità di seta maggiore rispetto a quella prodotta dai ragni, ma non ancora sufficiente. Quindi, i ricercatori stanno sia cercando un modo per aumentare ancora di più la resa di questo meccanismo sia un modo per creare una fibra unica direttamente nella cellula batterica.

Tute spaziali a base di ragnatele?

Lo studio ha destato anche l’interesse della NASA (National Aeronautics and Space Administration), da cui è stato anche finanziato, che ritiene questi batteri molto utili per poter permettere agli astronauti, ad esempio, di riparare le tute spaziali direttamente nello Spazio senza bisogno di grandi quantitativi di materia prima. Per questo motivo la NASA sta anche sperimentando degli efficaci meccanismi per trasformare l’anidride carbonica in carboidrati ,utilizzati come cibo da questi batteri.

Emanuela Pasculli

Fonti:

Informazioni su Emanuela Pasculli 63 Articoli
Laureanda in Biotecnologie Mediche e Farmaceutiche in quel di Bari. Sono una ragazza molto curiosa e mi piace osservare ciò che mi circonda e trovare una risposta alle mie tremila domande. Grazie a questo blog ho unito due passioni: la microbiologia e la scrittura e spero che questo sia solo il punto di partenza.

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