Tema para el 28 de abril

Telaraña en la leche de cabra

En el MIT se ha llevado a cabo una investigación a cargo de Gareth H. McKinley, profesor de ingeniería mecánica, acerca de la producción del hilo de seda de la araña con la esperanza de reproducir el proceso artificialmente, según revela la revista científica The Journal of Experimental Biology, de noviembre pasado. La idea subyacente para conocer cómo se produce la seda de la araña no es para armar una continuación de El Hombre Araña, sino para multitud de propósitos. Para tales efectos fue elegida la araña de seda dorada (Nephila clavipes) que es capaz de producir una telaraña tan fuerte que incluso algunos pescadores del Pacífico Sur usan para hacer redes.
El objetivo no es nuevo. Los científicos tratan desde hace varias décadas de imitar las propiedades de esta sustancia natural, un prodigio de flexibilidad y dureza.
Hammond y su equipo del MIT, sin embargo, pretenden hacerlo sin utilizar técnicas de ADN, para garantizar un suministro barato y en grandes cantidades.

En el trabajo de McKinley, los investigadores extrajeron directamente de las glándulas abdominales de las arañas ciertas cantidades de seda, la cual es similar en consistencia al gel, para hacerle diferentes pruebas físicas y químicas. Con un microrreómetro manipularon cantidades diminutas de la seda y estudiaron el comportamiento del material bajo diferentes fuerzas para saber qué tan pegajosas y resistentes eran.
Se observó que la seda se alarga y va secando a medida que sale de las glándulas.
El hilo, al pasar por diferentes estados irreversibles, va de un origen similar a un gel acuoso, hasta convertirse en un material sólido elástico.

La ciencia tras la seda
Se cree que los polímeros de aminoácidos son la clave de la seda de las arañas. Inclusive, algunos plásticos utilizados en la Estación Espacial Internacional, y el Kevlar (Poliparafenileno tereftalamida), están compuestos de polímeros de aminoácidos que pueden ser flexibles o rígidos, solubles al agua o impermeables, y resistentes al calor y a diversos químicos. Estos materiales han sido empleados en la aeronáutica y en la fabricación de ropa tan resistente como chalecos antibalas y equipo para deportes extremos.

La seda de las arañas sería ideal para estas aplicaciones, pero, a diferencia de las ovejas y los gusanos, las arañas son animales solitarios que no pueden criarse en grupo, y su domesticación no es fácil ya que son territoriales y caníbales, de modo que los científicos preferirían encontrar una alternativa artificial a su seda, un material con propiedades similares y, si es posible, mejores.
En estudios previos, se detectó que la seda de araña es un polímero con dos regiones alternantes muy claras. Una región es suave y elástica, la otra forma pequeños y duros cristalitos. Se supone que esta estructura inusual es la responsable de sus extraordinarias propiedades.
Los investigadores del MIT buscan una serie de polímeros sintéticos diferentes y determinar cómo los cambios en sus estructuras químicas afectan a sus propiedades físicas. Este trabajo se realiza en paralelo con otro que se centra en las técnicas de procesamiento que mantendrán estas propiedades inusuales.
De hecho, una compañía llamada Nexia ha conseguido seda de araña a partir de la leche de cabras la cual ha sido alterada genéticamente. Sin embargo, esta solución no resuelve el problema del todo, ya que las técnicas genéticas son caras y además nadie ha averiguado aún cómo lo consigue la naturaleza ni porqué funciona.
En el MIT están intentando entender las relaciones estructura característica, para ello han creado un material equipado con un mecanismo que proporciona dureza, y cotejando si las unidades estructurales producen esta propiedad de la misma manera que lo hacen los aminoácidos de la seda de araña.
Una labor paralela se enfoca en otro aspecto, la suavidad de la seda. Podría poseer también dos regiones distintas, una algo más dura que la otra debido a que las fibras de polímero estarían parcialmente alineadas. Si esto es así, la seda de araña tendría realmente tres fases distintas: dura, suave e intermedia. Ya se está intentando producir materiales con tal estructura para probar la hipótesis.
La tela que todos quieren
La seda de las arañas estudiada por McKinley está compuesta por polímeros de aminoácidos en un 30 a 40%, el resto es agua. Esto significa que las glándulas de esos arácnidos pueden sintetizar proteínas dando lugar a una fibra insoluble, es decir que una solución basada en agua se transforma en un material impermeable al agua.
Un chorro de la seda en forma de gel es secretado, y luego las arañas usan sus patas traseras, junto con el peso de su cuerpo y la gravedad, para estirar la seda formando un hilo muy fino. Las largas moléculas de las proteínas son parecidas a fideos que forman una telaraña muy resistente al irse enredando. Los investigadores sostienen que la sorprendente fuerza de las telarañas se basa en la exquisita forma con la que las arañas atan las fibras de proteínas.
Ahora se intenta reproducir artificialmente, mediante la nanotecnología, lo que las arañas hacen con naturalidad. Según McKinley, con esta solución se pueden generar pequeñas estructuras similares a las que se forman al alargar, enredar y secar la seda, con lo que se podría brindar una mayor resistencia a las telarañas artificiales. De esa manera se podrían sintetizar polímeros para fabricar materiales similares a las telarañas.
Una seda artificial que imite a la natural de las arañas podría servir para diversos propósitos, dado que su manipulación permitiría fabricar ligamentos y tendones artificiales, paracaídas y chalecos antibalas.