Nu har ett forskarlag, lett av bland andra veterinären Anna Rising, spunnit konstgjord spindeltråd som är lika seg som spindlarnas. Forskarna har lyckats ta fram bakterier som tillverkar de proteiner som behövs för att spinna spindeltråd. Proteinerna har egenskaper som inte ens spindlar har, och den konstgjorda tråd som nu har spunnits är ungefär lika stark och seg som äkta spindeltråd, och den kan tillverkas industriellt.

Foto: Marlene Andersson. Bilden föreställer en bunt artificiell spindeltråd.

Forskarlaget som leds från SLU och KI har just publicerat sina resultat i tidskriften Advanced Functional Materials. Den internationella forskargruppen leds av Anna Rising, professor i veterinärmedicinsk biokemi vid SLU och forskargruppsledare vid institutionen för biovetenskaper och näringslära vid KI, samt av Jan Johansson från KI.

Spindeltråd är den segaste fibern som finns i naturen, vilket innebär att den är bäst på att absorbera energi. Storskalig produktion av konstgjord spindeltråd som matchar den naturliga trådens mekaniska egenskaper har hittills inte varit möjlig. Utvecklingen av små spindeltrådsproteiner som tillverkas med hjälp av bakterier har gjort storskalig fiberproduktion ekonomiskt genomförbar, men dessa fibrer har sämre mekaniska egenskaper än naturlig spindeltråd.

För att förbättra de konstgjorda spindeltrådarna har forskarna använt sig av grundläggande biologiska principer, och åstadkommit vad naturen själv inte kan göra. Spindeltrådens styrka har sitt ursprung i proteinsegment som är tätt packade och sammanfogade som ett stängt blixtlås. Spindeltrådsproteiner utsöndras från cellerna i spindelns silkeskörtel, och deras uppbyggnad begränsas av att de inte kan innehålla långa feta segment, eftersom de fastnar i membranen inuti cellen. Samtidigt är det just sådana feta segment som ger starkare interaktioner i proteinblixtlåsen, vilket behövs om man vill producera starkare konstgjord spindeltråd.

Om proteinproduktionen sker i bakterier går det att kringgå de biologiska lagar som spindlar måste följa, eftersom bakterierna saknar de cellmembran som proteinerna kan fastna i. Med utgångspunkt i dessa insikter designade forskarlaget spindeltrådsproteiner som förutspåddes bilda starkare blixtlås, och de producerade sedan framgångsrikt en uppsättning sådana proteiner i bakterier.

Redan för flera år sedan konstruerade forskarna en enkel men mycket effektiv och naturhärmande (biomimetisk) spinningsanordning, i vilken de kan spinna kilometerlånga trådar. Med de nya specialdesignade spindeltrådsproteinerna lyckades de tillverka starkare fibrer, och två fibertyper uppvisade lika stor seghet som naturlig spindeltråd.

– Genom att odla bakterierna i en bioreaktor kunde vi få fram cirka 9 gram protein per liter, vilket är i linje med kraven på en ekonomiskt hållbar industriell produktion. De proteiner vi får från endast en liter bakterieodling räcker till att spinna en 18 km lång fiber, säger Anna Rising.

Trådarna har potential att kunna ersätta många miljöfarliga plastbaserade fibrer som används inom exempelvis textilindustrin i dag. För att fastställa den marknadsmässiga potentialen hos de konstgjorda spindeltrådarna kommer forskarna nu att skala upp produktionen, göra en marknadsanalys, säkra patenträttigheter och starta ett bolag. Detta har gjorts möjligt genom att Anna Rising har fått ett bidrag från Europeiska forskningsrådet (ERC Proof of Concept 2022), som delas ut till forskare som redan har fått finansiering från detta forskningsråd och vill försöka nyttiggöra sina upptäckter.

Länk till publikationen här

Källa: SLU
Foto Anna Rising: Kerstin Nordling