Muitos cientistas estão ansiosos para compreender a extraordinária capacidade das aranhas de fiar fios de seda extremamente fortes, pesados ​​e flexíveis. Na verdade, a seda da aranha é mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar. No entanto, ninguém ainda conseguiu replicar o trabalho da aranha.

A biofísica Irina Iachina, da Universidade do Sul da Dinamarca, contém fibras de seda produzidas pela aranha teia dourada. Crédito da imagem: AndersBoe/Universidade do Sul da Dinamarca

Se pudéssemos desenvolver materiais sintéticos com estas propriedades, um mundo totalmente novo seria possível: a seda artificial de aranha poderia substituir materiais como Kevlar, poliéster e fibra de carbono na indústria, por exemplo, na fabricação de coletes à prova de balas leves e flexíveis.

Irina Iachina, pós-doutoranda e biofísica do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular da Universidade do Sul da Dinamarca (SDU), está envolvida na corrida para encontrar a fórmula da seda da superaranha. Ela ficou fascinada pela seda de aranha enquanto fazia seu mestrado na Universidade do Sul da Dinamarca e atualmente está pesquisando o tema no MIT em Boston com o apoio da Fundação Villum.

A biofísica Irina Iachina, da Universidade do Sul da Dinamarca, estuda seda de aranha em um computador. Crédito da imagem: AndersBoe/Universidade do Sul da Dinamarca

Como parte de sua pesquisa, ela está colaborando com o biofísico Jonathan Brewer, professor associado da Universidade do Sul da Dinamarca, especialista no uso de vários microscópios para observar estruturas biológicas.

Agora, pela primeira vez juntos, eles usaram a microscopia óptica para estudar a estrutura interna da seda da aranha sem precisar cortá-la ou abri-la de forma alguma. As descobertas foram agora publicadas nas revistas Scientific Reports e Scan.

“Usamos diversas técnicas avançadas de microscopia e também desenvolvemos um novo microscópio óptico que nos permite ver todo o interior das fibras”, explica Jonathan Brewer.

As aranhas com órbita dourada produzem seda pela parte traseira. Crédito da imagem: AndersBoe/Universidade do Sul da Dinamarca

Até à data, a seda da aranha foi analisada utilizando uma variedade de técnicas, todas as quais forneceram novos conhecimentos. No entanto, como aponta Jonathan Brewer, essas técnicas também apresentam desvantagens, pois muitas vezes exigem o corte dos fios (também chamados de fibras) em seções para obter seções transversais para microscopia, ou o congelamento das amostras, o que pode alterar a estrutura das fibras de seda.

“Queríamos estudar fibras puras que não tivessem sido cortadas, congeladas ou manipuladas de outra forma”, diz Irina Iachina. Para fazer isso, a equipe usou técnicas menos invasivas, como espalhamento coerente anti-Stokes Raman, microscopia confocal, microscopia confocal de depleção de fluorescência refletida de super-resolução, microscopia de varredura de íons de hélio e pulverização catódica de íons de hélio.

Diferentes estudos mostraram que as fibras de seda da aranha são compostas por pelo menos duas camadas externas de lipídios ou gorduras. Atrás deles, ou seja, dentro das fibras, existem muitos chamados filamentos, que estão dispostos em linhas retas e lado a lado (ver ilustração). O diâmetro das fibras está entre 100 e 150, o que está abaixo do limite de medição dos microscópios ópticos comuns.

Ilustração do artigo Scientific Reports: Esquema (sem escala) da estrutura proposta das fibras de seda de aranha descobertas neste estudo. (A) Vista lateral da fibra, (B) Seção transversal da fibra. A camada externa é uma camada não condutora rica em lipídios (verde) com espessura entre 0,6 e 1 mícron, e a camada interna é composta por duas camadas de proteínas autofluorescentes condutoras: uma com forte afinidade por FITC (azul) e outra com forte afinidade por rodamina B (laranja). O núcleo protéico interno consiste em fibras cristalinas alinhadas paralelamente ao longo eixo da fibra, rodeadas por domínios proteicos amorfos. Crédito da imagem: Universidade do Sul da Dinamarca Ichner/Brühl.

“Eles não são tão torcidos quanto as pessoas pensavam, então agora sabemos que não há necessidade de torcê-los ao tentar fazer seda sintética de aranha”, disse Iachina.

As fibras de seda de aranha usadas por Ichina e Brewer vêm da aranha de órbita dourada de Madagascar (Nephila Madagascariensis). Essa aranha produz dois tipos diferentes de seda de aranha: uma é chamada MAS (Major Ampullate Silkfibers), que é usada para construir teias de aranha e também é a seda usada pelas aranhas para pendurar, o que pode ser considerado a tábua de salvação das aranhas; é muito forte e tem um diâmetro de cerca de 10 mícrons.

O outro é chamado de MiS (Minor Ampullate Silk Fiber), que é um material auxiliar para construção. É mais elástico e normalmente tem um diâmetro de 5 mícrons. De acordo com a análise da dupla, a seda MAS contém fibras com diâmetro de cerca de 145 nanômetros. O diâmetro do MiS é de cerca de 116 nanômetros. Cada fibra é feita de proteína e há muitas proteínas diferentes envolvidas. Essas proteínas são produzidas pelas aranhas quando produzem fibras de seda.

Compreender como eles criam fibras tão fortes é importante, mas produzi-las também é um desafio. Portanto, os pesquisadores da área geralmente contam com aranhas para produzir seda para eles.

Alternativamente, eles podem recorrer a métodos computacionais, que é o que Irina-Ichna está fazendo atualmente no MIT: "Neste momento, estou fazendo simulações de computador de como as proteínas são convertidas em seda. Claro, o objetivo é aprender como produzir seda artificial de aranha, mas também estou interessado em ajudar as pessoas a entender melhor o mundo que nos rodeia."