Spinnen produceren verbazingwekkend sterke en lichtgewicht draden die draglines worden genoemd en die zijn gemaakt van zijde-eiwitten. Hoewel ze kunnen worden gebruikt om een ​​aantal nuttige materialen te vervaardigen, genoeg van het eiwit krijgen is moeilijk omdat elke kleine spin maar een kleine hoeveelheid kan produceren. In een nieuwe studie gepubliceerd in Communicatiebiologie , een onderzoeksteam onder leiding van Keiji Numata van het RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) meldde dat ze erin slaagden de spinzijde te produceren met behulp van fotosynthetische bacteriën. Deze studie zou een nieuw tijdperk kunnen openen waarin fotosynthetische biofabrieken stabiel het grootste deel van spinnenzijde produceren.

Behalve dat het sterk en licht van gewicht is, zijde afgeleid van geleedpotige soorten zijn biologisch afbreekbaar en biocompatibel. Vooral, spinzijde is ultralicht en zo taai als staal. "Spinnenzijde heeft het potentieel om te worden gebruikt bij de vervaardiging van hoogwaardige en duurzame materialen zoals scheurvaste kleding, auto-onderdelen, en ruimtevaartcomponenten, " legt Choon Pin Foong uit, die dit onderzoek heeft uitgevoerd. "De biocompatibiliteit maakt het veilig voor gebruik in biomedische toepassingen zoals medicijnafgiftesystemen, implantaat apparaten, en steigers voor tissue engineering." Omdat van één spin slechts een spoor kan worden verkregen, en omdat het moeilijk is om grote aantallen spinnen te kweken, Er zijn pogingen gedaan om kunstmatige spinzijde te produceren in een verscheidenheid aan soorten.

Het CSRS-team richtte zich op de mariene fotosynthetische bacterie Rhodovulum sulfidophilum. Deze bacterie is ideaal voor het opzetten van een duurzame biofabriek omdat hij groeit in zeewater, heeft koolstofdioxide en stikstof in de atmosfeer nodig, en maakt gebruik van zonne-energie, die allemaal overvloedig en onuitputtelijk zijn.

De onderzoekers hebben de bacterie genetisch gemanipuleerd om MaSp1-eiwit te produceren, het hoofdbestanddeel van de Nephila spider dragline waarvan wordt gedacht dat het een belangrijke rol speelt in de sterkte van de spinzijde. Door optimalisatie van de gensequentie die ze in het genoom van de bacterie inbrachten, kon de hoeveelheid zijde die kon worden geproduceerd, worden gemaximaliseerd. Ze ontdekten ook dat een eenvoudig recept - kunstmatig zeewater, bicarbonaat zout, stikstofgas, gist extract, en bestraling met nabij-infrarood licht - zorgt ervoor dat R. sulfidophilum goed kan groeien en het zijde-eiwit efficiënt kan produceren. Verdere waarnemingen bevestigden dat het oppervlak en de interne structuren van de vezels die in de bacteriën worden geproduceerd, sterk lijken op die van nature door spinnen worden geproduceerd.

"Onze huidige studie toont het eerste proof-of-concept voor het produceren van spinnenzijde in fotosynthetische bacteriën. We werken nu aan massaproductie van spider-zijde dragline-eiwitten met hogere molecuulgewichten in ons fotosynthetische systeem, " zegt Numata. "De fotosynthetische microbiële celfabrieken, die biogebaseerde en biologisch afbreekbare materialen produceren via een koolstofneutraal bioproces, zou ons kunnen helpen bij het bereiken van enkele van de duurzame ontwikkelingsdoelen (SDG's) die zijn aangenomen door de Verenigde Naties, zoals doel nr. 12, Verantwoorde productie en consumptie, en doel nr. 13, Klimaatactie. Onze resultaten zullen helpen bij het bieden van haalbare oplossingen voor energie, water- en voedselcrises, problemen met vast afval, en de opwarming van de aarde."