El truco molecular que hace que la seda de araña sea casi irrompible

Investigadores de King's College London y de la San Diego State University (SDSU) descubrieron los secretos moleculares que otorgan a la seda de araña su extraordinaria combinación de fuerza y flexibilidad. Este hallazgo no solo podría inspirar el diseño de nuevos materiales bioinspirados para aplicaciones en aeronáutica, indumentaria protectora y medicina, sino que también podría ofrecer una nueva perspectiva sobre trastornos neurológicos como el Alzheimer.

El estudio, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, describió principios de diseño fundamentales que pueden guiar la creación de una nueva generación de fibras de alto rendimiento y respetuosas con el medio ambiente. Este trabajo es el primero en explicar cómo los aminoácidos dentro de las proteínas de la seda de araña interactúan para funcionar como "pegatinas" moleculares, uniendo el material mientras se forma.

La seda de araña, más fuerte que el acero

La seda de arrastre de araña es famosa por su rendimiento excepcional. Por peso, es más fuerte que el acero y más resistente que el Kevlar, material utilizado en chalecos antibalas. Las arañas dependen de esta seda para construir la estructura de sus telarañas y para sostenerse, lo que ha fascinado a los científicos sobre cómo la naturaleza produce una fibra tan excepcional.

Este tipo de seda se produce en la glándula de seda de la araña, donde las proteínas de seda se almacenan como un líquido espeso llamado "seda dope". Cuando es necesario, la araña hila este líquido en fibras sólidas con propiedades mecánicas sorprendentes.

Los científicos ya sabían que las proteínas se agrupan inicialmente en gotas líquidas antes de ser estiradas en fibras. Sin embargo, los pasos moleculares que conectan esta agrupación inicial con la resistencia final de la seda habían permanecido como un misterio.

Interacciones moleculares detrás de la formación de seda

Para resolver este enigma, un equipo interdisciplinario de químicos, biofísicos e ingenieros utilizó una variedad de técnicas avanzadas, incluyendo simulaciones de dinámica molecular, modelado estructural con AlphaFold3 y espectroscopia de resonancia magnética nuclear. Su análisis reveló que dos aminoácidos, arginina y tirosina, interactúan de una manera específica que provoca que las proteínas de seda se agrupen desde las primeras etapas. Estas interacciones no desaparecen a medida que la seda se solidifica; en cambio, permanecen activas mientras se forma la fibra, ayudando a construir la intrincada nanostructura que otorga a la seda de araña su excepcional fuerza y flexibilidad.

El profesor Chris Lorenz, líder del equipo de investigación del Reino Unido, destacó el amplio potencial de los hallazgos: "Las aplicaciones potenciales son vastas: ropa protectora ligera, componentes de aviones, implantes médicos biodegradables e incluso robótica suave podrían beneficiarse de fibras diseñadas utilizando estos principios naturales".

Conexiones con la ciencia cerebral y la investigación sobre el Alzheimer

El profesor Gregory Holland de SDSU, quien lideró la parte estadounidense del estudio, mencionó que la complejidad química del proceso fue inesperada. "Lo que nos sorprendió fue que la seda, algo que normalmente pensamos como una fibra natural bellamente simple, en realidad se basa en un truco molecular muy sofisticado", afirmó. "Las mismas interacciones que descubrimos se utilizan en receptores de neurotransmisores y en la señalización hormonal".

Debido a esta superposición, los investigadores creen que los hallazgos podrían tener implicaciones más allá de la ciencia de materiales. "La forma en que las proteínas de seda experimentan separación de fases y luego forman estructuras ricas en hojas ß refleja mecanismos que observamos en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer", agregó Holland. "Estudiar la seda nos proporciona un sistema limpio, optimizado evolutivamente, para entender cómo se puede controlar la separación de fases y la formación de hojas ß".