Cientistas criam seda sintética de aranha como tecido do futuro
As aranhas dão arrepios em algumas pessoas, mas os aracnídeos que tecem teias produzem um material único e versátil que pode ser o tecido do futuro.
Eles tecem uma seda tão forte quanto aço, incrivelmente elástica e ecologicamente correta.
De materiais médicos a peças automotivas, as aplicações deste maravilhoso material são infinitas-Milho Produzi-lo em grandes quantidades é complicado.
Tentativas de cultivar aranhas para seus filhos geralmente deram errado, principalmente porque as aranhas são canibais ferozmente territoriais e as réplicas de aranhas criadas em laboratório tiveram dificuldade para igualar a força das reais — até agora.
Uma equipe de cientistas japoneses finalmente desvendou o mistério de como as aranhas tecem fios superfortes e podem recriar o processo com materiais sintéticos.
Com empresas de biotecnologia ansiosas para produzir em massa essas sedas sintéticas como alternativas sustentáveis ao náilon, poliéster e outros tecidos derivados do petróleo, o futuro dos tecidos de aranha parece brilhante.
Banhos de maravilha
A seda da aranha tem uma combinação única de resistência à tração e elasticidade que intriga cientistas há séculos.
Os aracnídeos produzem vários tipos de seda para diferentes propósitos, incluindo criar teias, envolver presas, proteger seus filhotes e escapar de predadores.
Essas cerdas são todas distintas umas das outras e são produzidas em glândulas diferentes.
Dessas variedades, as "linhas de arrasto", que as aranhas usam para balançar e se mover, são particularmente atraentes para os pesquisadores.
Diz-se que as linhas de arrasto têm uma resistência à tração superior a 1 gigapascal, comparável ao aço, e mais de duas vezes mais forte que a seda do bicho-da-seda.
Além disso, as linhas de arrasto são resistentes, capazes de absorver o dobro de energia antes de quebrar em comparação ao náilon, que está entre os materiais mais fortes.
A ideia de colocar esse material maravilhoso em uso prático não é nova.
Um pesquisador fez um par de luvas e outros itens usando seda de aranha no início do século XVIII na França, e tecidos de seda de aranha naturalmente dourada estavam entre as peças expostas na Exposição de Paris de 1900.
Embora tentativas de cultivar aranhas como bichos-da-seda tenham se mostrado impraticáveis, a produção em massa de seda sintética de aranha se tornou o Santo Graal para cientistas de materiais.
Pesquisadores identificaram as principais proteínas que compõem as fibras da seda da aranha e desenvolveram microrganismos geneticamente modificados que podem produzir essas proteínas.
A seda de aranha artificial feita dessa maneira tem uma pegada de carbono significativamente menor do que tecidos feitos de poliéster, náilon, plantas ou animais.
No entanto, enquanto as proteínas cultivadas em laboratório imitavam a estrutura e as propriedades da seda natural da aranha, os fios sintéticos eram visivelmente menos resistentes porque os cientistas não entendiam completamente como o processo de fiação transforma as proteínas naturais da seda dentro do corpo de uma aranha do estado líquido em fibras sólidas.
O grande avanço
Uma equipe de pesquisa japonesa liderada por Keiji Numata, professor de química de polímeros na Universidade de Kyoto, finalmente decifrou esse código.
Em 2024, a equipe de Numata se tornou a primeira no mundo a replicar artificialmente o complexo processo de transformação, sem saber como as proteínas depositadas nas principais glândulas ampulares das aranhas se solidificam em fibras quando são liberadas de seus dutos rotativos.
A descoberta mostrou que os íons de fosfato desempenham um papel crucial na coleta de moléculas de proteína para formar pequenos grânulos nas regiões superiores da principal glândula ampular da aranha.
À medida que essas proteínas se movem pelo ducto giratório, elas são unidas por íons de hidrogênio, que as solidificam e se transformam na estrutura semelhante a uma malha que torna a seda da aranha tão forte e flexível.
“Agora entendemos no nível molecular como a seda da aranha, um material polimérico natural, é feita dentro do corpo da aranha, então podemos aplicar esse conhecimento ao design de materiais sintéticos”, disse Numata.
A seda sintética de aranha tem uma ampla gama de aplicações potenciais, incluindo usos médicos e como material de absorção de choque em veículos e materiais estruturais para edifícios.
No entanto, o material tem uma desvantagem que precisa ser resolvida antes que ele possa atingir seu potencial máximo: vulnerabilidade à água e à umidade.
Os fios de seda da aranha se expandem quando absorvem água e encolhem quando secam.
A Numata pretende superar esse obstáculo modificando as sequências de aminoácidos das proteínas da seda da aranha, para tornar os fios sintéticos mais resistentes à água e mais adequados para uso prático.
"Um dia, poderemos criar seda de aranha artificial que supere a seda de aranha natural devido às sequências de aminoácidos alteradas", disse ele.
Tecidos fermentados
A Spiber Inc., uma startup de biotecnologia sediada em Yamagata e fundada em 2007, também teve que superar o "problema da água" para produzir em massa seda de aranha artificial para uso prático.
A Spibre desenvolveu um método para produzir proteínas semelhantes à seda de aranha, chamadas Qmonos, projetando novas sequências de aminoácidos da proteína da seda de aranha e introduzindo o DNA alterado em microrganismos que podem produzir essas proteínas.
No entanto, o Qmonos, cujo nome vem da palavra japonesa para teia de aranha, "Kumonosu", permaneceu sensível à umidade porque as modificações feitas pela empresa nas sequências de DNA foram mínimas.
Spibre melhorou modificando as sequências de aminoácidos das proteínas para melhorar a resposta do material à água.
A Spibre Mass produz seda sintética alimentando seus microrganismos bioengenheirados com açúcar vegetal, que criam proteínas de seda por meio de um processo de fermentação.
O material produzido com esse método, chamado proteína fermentada, tem sido usado para fazer roupas, assentos de carro e outros produtos.
Outra vantagem da seda de aranha sintética é sua baixa pegada de carbono em comparação ao náilon e ao poliéster, que são comumente usados para fazer roupas, bolsas e sapatos.
A Conferência das Nações Unidas sobre Comércio e Desenvolvimento nomeou a indústria de vestuário e moda como a segunda maior poluidora, depois da indústria do petróleo.
A indústria da moda usa aproximadamente 93 bilhões de metros cúbicos de água por ano, o suficiente para atender às necessidades de 5 milhões de pessoas.
De acordo com o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente, estima-se que entre dois e oito por cento das emissões globais de gases de efeito estufa sejam provenientes da fabricação de roupas.
Além disso, fibras sintéticas feitas de plástico não são biodegradáveis e permanecem no meio ambiente por décadas. Lavar roupas de plástico também libera fibras minúsculas chamadas microplásticos, que poluem o oceano.
Embora fibras naturais como o algodão sejam biodegradáveis, sua produção requer grandes quantidades de água e pesticidas. Parte da produção de algodão provém de regiões com recursos hídricos limitados, onde os efeitos das mudanças climáticas podem ser devastadores.
Em contraste, a proteína infiltrada é feita de fontes renováveis e tem menos impacto ambiental ao longo de seu ciclo de vida – da produção ao descarte, de acordo com Spibre.
A produção de proteína artificial de aranha emite 79% menos gases de efeito estufa e usa 97% menos água do que a produção de fibras de cashmere, acrescentou a empresa.
No entanto, a seda de aranha sintética é cara de produzir, pelo menos por enquanto.
A Spibre está tentando superar esse obstáculo criando um método para produzir mais proteínas sintéticas com quantidades reduzidas de açúcar.
"Estamos trabalhando para fornecer material de alta qualidade e baixo custo, melhorando a produtividade dos microrganismos produtores de seda", disse um funcionário da Spiber.
