Spindeltråd är lätt och starkt som stål. Att den också har läkande egenskaper har man vetat länge. Nu har forskare på SLU och KI kommit på hur man kan spinna kilometer av tråd på ett både lekande och hållbart sätt: de härmar spindeln.
Publicerad:
– Första gången det fungerade var jag själv på labbet. Vanligtvis hade jag ringt upp mina handledare direkt för att berätta, men den här gången lät jag bli. Jag ville att de skulle få uppleva det på plats och få samma häftiga känsla som jag när jag såg hur tråden rullades upp framför mina ögon, berättar Marlene Andersson.
Hon har nyligen disputerat på Sveriges lantbruksuniversitet i Uppsala och har ägnat sina doktorandstudier åt att undersöka hur spindeln spinner sin fina, tunna, men ändå starka och tåliga tråd.
Härma naturen
Spindeltråd har länge varit ett eftertraktat material för olika medicinska och industriella applikationer. Spindeltrådens byggdelar är proteiner som produceras i körtlar i spindelns bakkropp. För några år sedan lyckades en forskargrupp med bland annat Anna Rising och Jan Johansson att producera konstgjort spindeltrådsprotein i bakterier. Proteinet kunde sedan omvandlas till spindeltrådar spontant – men det fanns ingen bra metod för att ta fram trådar på ett reproducerbart sätt och trådarna var inte så starka.
– Det var ungefär så långt man hade kommit när jag började som doktorand. Metoden fungerade men samtidigt tog vi ett steg tillbaka för att undersöka hur vi kunde göra produktionen av konstgjord spindeltråd ännu bättre, berättar Marlene Andersson från SLU.
Titta bak på spindeln
För att kunna framställa långa och kontinuerliga trådar krävdes användning av starka lösningsmedel, någonting som andra forskargrupper tillämpade. Men spindeln spinner knappast med lösningsmedel och därför blev frågan: Hur gör spindeln egentligen? Marlene Andersson började studera den långsmala körteln bak på spindeln där tråden produceras och upptäckte ett enzym som reglerar syra/bas-balansen. Man hade länge
misstänkt att pH spelade en roll men hade inte kunna listat ut hur och varför.
– Jag åkte iväg till en annan forskargrupp i New York där vi dissekerade körteln och mätte pH med små och pilliga instrument. Då upptäckte vi att pH blir surare och surare närmare körtelns utgång. Där det var surare fanns det också mer enzym, berättar Marlene Andersson.
Tillbaka till proteinkemi
Just då var det ändå oklart exakt hur den sura miljön hjälper spindeln att förvandla den koncentrerade, nästan gel-liknande proteinlösningen till en tunn tråd. Tillsammans med en forskargrupp från Kina började Marlene Andersson och hennes handledare därför titta närmare på spindeltrådsproteinet igen. I mitten av proteinet finns en sekvens som upprepas och som är viktig för trådens mekaniska egenskaper. Men protein-sekvenserna runt omkring verkade däremot vara viktiga för omvandlingen från gel till tråd under sura förhållanden.
– När vi väl hade klurat ut det kunde vi börja spinna, förklarar Marlene Andersson.
Spinna på labb
Den ganska enkla anordningen för att kunna spinna spindeltråd på labbet består av en spruta med det koncentrerade spindeltrådsproteinet som trycks ut genom ett tunt glasrör i ett surt vattenbad. Där formas tråden som sedan kan rullas upp.
– Svårare än så är det inte, många förväntar sig en mycket avancerad maskin men det är bara det här som krävs, kommenterar Marlene Andersson.
Protein från en liter bakteriekultur ger ungefär en kilometer tunn tråd. Metoden skulle kunna förfinas ytterligare genom att, precis som i spindelns körtel, jobba med en pH-gradient eller genom att börja leka med sammansättning av spindeltrådsproteinet som uttrycks i bakterier.
Spindelväv för celler
Spindeltråd kan användas för en rad olika applikationer. Den forskargrupp där Marlene Andersson är aktiv är mest intresserad av de medicinska tillämpningarna.
– Spindelväv är känd för sina läkande egenskaper. Förut kunde man till exempel lägga spindelväv på hästar med stora sår för att främja läkningen och man har sett hur implanterad spindeltråd tolereras väl av kroppen och kan brytas ner, förklarar Marlene Andersson.
Tråden kan spinnas i ett väldefinierat format och användas som underlag eller byggnadsställning för celler som annars är svåra att odla.
– Ett sådant exempel är hjärtmuskelceller som vi kan odla på spindeltråd och som potentiellt skulle kunna ersätta skadad vävnad i hjärtat.
Naturen som uppfinnare
Marlene Andersson fascineras över ämnet biomimetik, att lära sig av naturen och efterlikna den.
– Naturen har haft miljontals år på sig att utveckla och förfina metoder, man kan hitta mycket inspiration där. Som lantbrukardotter och molekylär-biolog känns det också kul att ta naturen till labbet. Man kan dra nytta av det i många sammanhang, avslutar hon.
Hållbart, starkt och snabbt
Förra hösten producerade sportföretaget Adidas en prototyp för en ny sportsko som delvis består av konstgjord spindeltråd. Skon är nedbrytbar och produktionen förbrukar mindre energi. Det tyska företaget Amsilk har producerat spindeltråden som används.
– De använder sig av den gamla tekniken, att spinna tråd med hjälp av lösningsmedel, kommenterar Marlene Andersson.
Användning av spindeltråd i avancerade textilier är någonting som diskuteras generellt. Lätta men starka skyddsvästar är ett exempel.
– Men för det krävs det också stark spindeltråd i stora mängder, menar Marlene Andersson.
Tvåa i Forskar Grand Prix
I höstas ställde Marlene Andersson upp i tävlingen Forskar Grand Prix som går ut på att forskare berättar om sin forskning på ett underhållande sätt för en allmän publik på endast fyra minuter.
– Jag älskar att prata om min forskning men eftersom jag precis skulle disputera hade jag inte alls höga förväntningar när jag ställde upp. Men så vann jag deltävlingen i Uppsala och gick vidare till final. Det var verkligen kul, säger Marlene Andersson.
Hur tänkte du kring ditt uppträdande?
– Jag försökte göra det till en show och koncentrerade mig på ett budskap. Jag tog bort nästan alla detaljer och lät bilderna tala en del. Det är ett tacksamt ämne men jag lärde mig en del om presentationsteknik.
Marlene Andersson kom på andra plats.
Vill du veta mer?
Originalartikel: Andersson et al, Biomimetic spinning of artificial spider silk from a chimeric minispidroin. Nature Chemical Biology 2017. Marlene Anderssons handledare Anna Rising berättar om hur allt började med en spindeljakt i vetenskapspodden Radioscience, avsnitt #31 på www.radioscience.se. Se filmklipp: www.forskargrandprix.se
Text: Natalie von der Lehr
