Muchos científicos están ansiosos por comprender la extraordinaria capacidad de las arañas para hilar hilos de seda que son extremadamente fuertes, pesados y flexibles. De hecho, la seda de araña es más fuerte que el acero y más dura que el Kevlar. Sin embargo, nadie ha podido todavía replicar el trabajo de la araña.
Si pudiéramos desarrollar materiales sintéticos con estas propiedades, un mundo completamente nuevo sería posible: la seda de araña artificial podría reemplazar materiales como el Kevlar, el poliéster y la fibra de carbono en la industria, por ejemplo en la fabricación de chalecos antibalas ligeros y flexibles.
Irina Iachina, becaria postdoctoral y biofísica del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU), participa en la carrera para encontrar la fórmula de la súper seda de araña. Quedó fascinada con la seda de araña mientras trabajaba en su maestría en la Universidad del Sur de Dinamarca y actualmente está investigando el tema en el MIT en Boston con el apoyo de la Fundación Villum.
Como parte de su investigación, está colaborando con el biofísico Jonathan Brewer, profesor asociado de la Universidad del Sur de Dinamarca, experto en el uso de varios microscopios para observar estructuras biológicas.
Ahora, por primera vez juntos, han utilizado la microscopía óptica para estudiar la estructura interna de la seda de araña sin tener que cortarla ni abrirla de ningún modo. Los hallazgos ahora se han publicado en las revistas Scientific Reports y Scan.
"Utilizamos varias técnicas de microscopía avanzadas y también desarrollamos un nuevo microscopio óptico que nos permite ver todo el interior de las fibras", explica Jonathan Brewer.
Hasta la fecha, la seda de araña se ha analizado utilizando una variedad de técnicas, todas las cuales han proporcionado nuevos conocimientos. Sin embargo, como señala Jonathan Brewer, estas técnicas también tienen inconvenientes, ya que muchas veces requieren cortar los hilos (también llamados fibras) en secciones para obtener secciones transversales para microscopía, o congelar las muestras, lo que puede cambiar la estructura de las fibras de seda.
"Queríamos estudiar fibras puras que no hubieran sido cortadas, congeladas ni manipuladas de otro modo", dice Irina Iachina. Para ello, el equipo utilizó técnicas menos invasivas, como la dispersión coherente anti-Stokes Raman, la microscopía confocal, la microscopía de agotamiento de fluorescencia reflejada confocal de superresolución, la microscopía de barrido de iones de helio y la pulverización catódica de iones de helio.
Diferentes estudios han demostrado que las fibras de seda de araña están compuestas por al menos dos capas externas de lípidos o grasas. Detrás de ellas, es decir, dentro de las fibras, se encuentran muchos de los llamados filamentos, que están dispuestos en línea recta y uno al lado del otro (ver ilustración). El diámetro de las fibras está entre 100 y 150, lo que está por debajo del límite de medición de los microscopios ópticos convencionales.
"No están tan retorcidos como la gente pensaba, por lo que ahora sabemos que no hay necesidad de retorcerlos cuando se intenta hacer seda de araña sintética", dijo Iachina.
Las fibras de seda de araña utilizadas por Ichina y Brewer provienen de la araña de órbita dorada de Madagascar (Nephila Madagascariensis). Esta araña produce dos tipos diferentes de seda de araña: una se llama MAS (Major Ampullate Silkfibers), que se utiliza para construir telas de araña y también es la seda que utilizan las arañas para colgar, que puede considerarse como el salvavidas de las arañas; es muy fuerte y tiene un diámetro de unas 10 micras.
La otra se llama MiS (Fibra de Seda Ampulada Menor), que es un material auxiliar para la construcción. Es más elástico y suele tener un diámetro de 5 micras. Según el análisis de la pareja, la seda MAS contiene fibras con un diámetro de unos 145 nanómetros. El diámetro de MiS es de unos 116 nanómetros. Cada fibra está hecha de proteínas y hay muchas proteínas diferentes involucradas. Estas proteínas son producidas por las arañas cuando fabrican fibras de seda.
Es importante comprender cómo crean fibras tan fuertes, pero fabricarlas también es un desafío. Por lo tanto, los investigadores en el campo a menudo dependen de las arañas para producirles seda.
Alternativamente, pueden recurrir a métodos computacionales, que es lo que Irina-Ichna está haciendo actualmente en el MIT: "Ahora mismo estoy haciendo simulaciones por computadora de cómo las proteínas se convierten en seda. Por supuesto, el objetivo es aprender a producir seda de araña artificial, pero también me interesa ayudar a la gente a comprender mejor el mundo que nos rodea".