SpiderSilk: sfida fra ragni e biomateriali

Nell’immaginario collettivo siamo troppo abituati a non provare particolare simpatia nei confronti dei ragni, soprattutto per noi aracnofobici! E pensare che potrebbero salvare il futuro dei biomateriali e dell’industria tessile. Gli aracnidi, compresi ragni, scorpioni e acari secernono una vasta gamma di biomateriali, tra cui seta, colla, adesivi, nanofibre, veleni e altre tossine e molecole associate alla chitina, uno dei principali componenti dell’esoscheletro degli insetti. 

Analisi genetiche e non solo

freepick foto

I ragni, oltre a costruire ragnatele, producono facilmente seta in laboratorio, una preziosa fonte per nuovi biomateriali a basso consumo energetico e molto prestanti. Un recente articolo ha descritto i sequenziamenti genetici di componenti di diversi tipi di seta, derivati  da specie selezionate di ragni, attraverso l’aiuto di un database di strutture genetiche e molecolari di oltre 1000 specie di ragni.

Lo studio spiega, attraverso meccanismi genetici, che i fattori ambientali possono modificare l’espressione proteica nei ragni, che possiedono la spidroina,  una delle proteine principali della tela che ha proprietà simili a quelle delle fibre sintetiche. In particolare, le principali spidroine ampullate, o MaSps, hanno ricevuto una notevole attenzione da parte dei ricercatori. Le principali fibre di seta ampullate o dragline che si trovano nella seta prodotta dai ragni, sono altamente resistenti e caratterizzate da proprietà meccaniche incredibili.

Le proprietà della seta ampullata derivano dalla struttura delle proteine ​​della seta, che si dispongono  in diversi  strati proteici: i foglietti β pieghettati cristallini che regalano alla seta la sua tipica resistenza,  intervallati  da strati di proteine che formano spirali casuali che le conferiscono estensibilità. L’aspetto curioso emerso dallo studio è che quando i ragni seguono diete diverse, le strutture delle regioni proteiche subiscono delle variazioni strettamente correlate al cambiamento delle proprietà delle fibre.

Come ci stiamo inspirando?

Recentemente ci sono stati progressi anche nello sviluppo di una fibra amiloide polimerica ispirata alla seta di ragno e altrettanto resistente, usata per lo sviluppo di nuovi indumenti protettivi aerospaziali, dispositivi medici e di protezione ambientale ed elettronica avanzata. La seta di ragno, grazie alla sua impressionante resistenza, è quindi fra i materiali naturali più promettenti nello sviluppo di sostituti della plastica e altre applicazioni di produzione ecocompatibili.

Anche in Italia, da una collaborazione fra centri universitari, è nato un progetto su nuovi materiali che, coniugando la seta con elementi magnetici nanostrutturati, ha portato allo sviluppo di fili di seta  prodotti naturalmente da un particolare tipo di ragno (Cupiennius salei). 

freepick foto

La complicata  interazione tra l’ambiente e la regolazione genetica ed epigenetica rappresenta una grande sfida, anche se è ancora difficile isolare e comprendere interamente le funzioni specifiche di singoli geni e proteine degli insetti.

L’applicazione di metodologie genomiche, trascrittomiche e proteomiche allo studio dei biomateriali strutturali degli aracnidi sta diventando sempre più interessante.

La maggior parte dei materiali plastici sintetici utilizzati fino ad oggi sono altamente inquinanti e, di conseguenza, fonti alternative e sostanze derivanti da ecosistemi naturali, in questo caso insetti, si sta rivelando una fra le strade più percorribili  per progettare nuove produzioni innovative.

Con il continuo progresso delle tecnologie molecolari, è molto probabile che gli aracnidi e le sostanze da loro prodotte ispireranno la produzione di nuovi biomateriali. 

Erika Bandini

Referenze

Taggato