Los investigadores han estado intentando fabricar seda de araña artificial--un material ligero y más resistente que el acero que podría tener un sinnúmero de aplicaciones industriales--desde hace décadas. En un paso importante hacia esa meta, los investigadores de la Universidad Tufts han creado unos microbios mediante ingeniería genética que producen más cantidad de las proteínas necesarias para fabricar seda de araña jamás conseguida.

La seda dragline--el tipo que las arañas usan para los bordes y los radios de sus telas--es más resistente y mucho más ligera que el acero. Las bacterias modificadas pueden producir las proteínas necesarias para sintetizar esta seda, que se hila para fabricar fibras. Sin embargo, los esfuerzos anteriores para hacer seda de araña a partir de bacterias han sido paralizados por varias razones. En primer lugar, los investigadores han tenido una imagen incompleta de la secuencia del gen de seda dragline. Y en segundo lugar, han tenido un éxito limitado en la modificación de las bacterias para producir suficiente cantidad de proteínas.

David Kaplan, director del departamento de ingeniería biomédica de la Universidad Tufts, ha sido pionero en la aplicación de la seda de gusanos de seda en dispositivos médicos, dispositivos electrónicos biodegradables, dispositivos ópticos y adhesivos. Él cree que la seda de araña, que es más fuerte que la variedad de los  gusanos de seda, podría abrir nuevas aplicaciones, pero señala: "No se ha explorado tanto porque no hemos tenido suficiente material". Las arañas son agresivas y territoriales por lo que no se pueden criar en granjas como los gusanos de seda.

Los bioingenieros han tenido un éxito bastante modesto en conseguir que unos microbios produzcan proteínas de seda de araña. La gigante química DuPont intentó sin éxito desarrollar un producto de seda producida por bacterias en la década de 1990. Parte del problema es que la seda de araña está constituida por una proteína muy grande con una secuencia genética muy repetitiva, por lo que es difícil de descifrar, señala Christopher Voigt, profesor de química farmacéutica de la Universidad de California en San Francisco.

El año pasado, unos investigadores produjeron la primera secuencia genética completa de la seda de araña usando las nuevas tecnologías de secuenciación. Anteriormente, los investigadores se verían obligados a usar genes de seda truncados y las fibras sintetizadas con estos genes no eran tan fuertes y duras como la seda natural.

Incluso con la secuencia genética de la seda dragline completa, la producción de seda artificial es un reto. Fabricar suficiente proteína requiere una mayor cantidad de materia prima que la que las bacterias contienen de forma natural. Trabajando con investigadores del Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología, con sede en Daejeon, y de la Universidad Nacional de Seúl, Kaplan agregó el gen completo de seda a E. coli y, a continuación, alteró la vía de producción de proteínas de la bacteria para que fabrique una cantidad suficiente de los aminoácidos necesarios para permitir la producción de seda. Anteriormente, las bacterias manipuladas sólo habían sido capaces de producir decenas de miligramos de proteína por litro. Las E. coli de Kaplan ofrecen un rendimiento de uno a dos gramos por litro.

"Han demostrado claramente que la E. coli pueden producir estas proteínas grandes, y la han modificado para que tenga los recursos para hacerlo", explica Randy Lewis, profesor de biología molecular de la Universidad de Wyoming. Lewis predice que dentro de unos años será posible utilizar un sistema bacteriano para producir cantidades del orden de kilogramos de seda de araña artificial.

Kaplan asegura que éste es su plan. "Nos gustaría convertirlo en un proceso continuo de producción", comenta él.

Kaplan indica que lo que se necesita actualmente son métodos energéticamente más eficientes para la transformación de las proteínas en fibras. Usando métodos de hilatura similares a los utilizados para fabricar fibras de polímeros como el poliéster, su grupo ha creado fibras a partir de sus proteínas con propiedades similares a la seda dragline natural en términos de fuerza, elasticidad y tenacidad. Sin embargo, como las proteínas de la seda de araña son muy particulares y además son insoluble en agua, trenzarlas para convertirlas en fibras requiere de un procesamiento a alta temperatura y de solventes agresivos.

Las fibras "requieren de una cantidad enorme de energía para fabricarlas", afirma Kaplan. A los científicos de materiales les gustaría poder fabricar las fibras de seda de la forma que lo hacen las arañas: a temperatura ambiente y sin disolventes agresivos.

Luke Lee, director del centro de nanotecnología molecular de la Universidad de California en Berkeley está persiguiendo un nuevo enfoque a este problema. Él está diseñando sistemas de hilatura que incorporan los canales de microfluidos diseñados para proporcionar los gradientes de sales--y disolventes--que se encuentran en las glándulas de las arañas. Una empresa llamada Refactored Materials, fundada por estudiantes de Lee y Voigt, también está trabajando en el problema de la hilatura.