Las sedas de araña, el material de las telas de araña, son el sueño de un ingeniero de materiales: pueden ser más fuertes que el acero con una mera fracción de peso, y también pueden ser más resistentes y más flexibles. Las sedas de araña también tienden a no provocar el sistema inmunológico humanoAlgunos incluso inhiben las bacterias y los hongos, haciéndolos potencialmente ideales para aplicaciones de cirugía y dispositivos médicos. La explotación de estas maravillas naturales ha sido lenta, debido en parte a los desafíos involucrados en la identificación y caracterización de genes de seda de araña, pero los investigadores de la Escuela Perelman deLa medicina de la Universidad de Pensilvania ahora ha hecho un gran avance con el estudio más grande jamás realizado sobre genes de seda de araña.
Como informan hoy en un documento en línea avanzado en Genética de la naturaleza , los científicos de Penn y sus colaboradores secuenciaron el genoma completo de la araña tejedora de orbes dorados Nephila clavipes , una prolífica hiladora de seda que produce 28 variedades de proteínas de seda.Además de catalogar nuevos genes de seda de araña, los investigadores descubrieron nuevos patrones dentro de los genes que pueden ayudar a explicar las propiedades únicas de los diferentes tipos de seda.
"Hubo muchas sorpresas que surgieron de nuestro estudio: nuevos genes de seda, nuevas secuencias de ADN que presumiblemente confieren fuerza, tenacidad, elasticidad y otras propiedades a las proteínas de seda; e incluso una proteína de seda hecha en glándulas de veneno en lugar de glándulas de seda,"dijo el autor principal Benjamin F. Voight, PhD, profesor asociado en los departamentos de Genética y Farmacología de Sistemas y Terapéutica Traslacional." Toda esta nueva información debería avanzar en gran medida en nuestros esfuerzos para capturar las extraordinarias propiedades de estas sedas en materiales hechos por el hombre."
A pesar de que las sedas de araña se han estudiado durante más de 50 años, el trabajo fundacional anterior había identificado solo un puñado comparativo de genes de seda de araña. Incluso el trabajo reciente de especies con repertorios de seda más pequeños que los tejedores de orbes dorados era incompleto. Para encontrar todosde los genes de seda ocultos en el genoma del tejedor de orbes dorados, la verdadera "rata de laboratorio" de la ciencia de la seda de araña, requirió la construcción de todo el genoma, una tarea desalentadora en sí misma.
En el nuevo estudio, Voight y sus colegas comenzaron con la tarea hercúlea de secuenciar y reensamblar el genoma del tejedor de orbe dorado: una tarea comparable a la resolución de un rompecabezas multimillonario, con pocas pistas sobre cómo encajan estas piezasjuntos.
En el genoma del tejedor de orbes dorados, que resulta ser casi tan grande como el genoma humano, los investigadores identificaron más de 14,000 genes probables, incluidos 28 que parecen codificar proteínas de seda de araña, conocidas como spidroins.
Las spidroins se han clasificado en siete categorías de acuerdo con sus secuencias y funciones de proteínas; estas categorías incluyen seda aciniforme para envolver presas y atar a las parejas para el apareamiento; y la seda ampullada principal súper fuerte de la cual las arañas y Spider-Man oscilan mientras están en el trabajo. Sin embargo, algunas de las spidroins recién descubiertas tienen secuencias que no encajan perfectamente en ninguna de estas categorías, lo que sugiere que las proteínas de seda codificadas pueden tener funciones novedosas, o que las categorías existentes necesitan ser redefinidas.
Un extenso análisis computacional de los genes de la spidroína del tejedor de orbes reveló cerca de 400 secuencias cortas, muchas de ellas nunca antes descritas, que aparecen repetidamente en estos genes con pequeñas variaciones y en diferentes combinaciones. Estos "motivos" repetitivos de la spidroína son de gran interés.a los biólogos e ingenieros porque es probable que confieran las propiedades clave de una seda de araña determinada, como resistencia a la tracción, flexibilidad o adherencia de alta resistencia. El análisis también reveló organizaciones novedosas de orden superior de estos motivos en grupos de motivos "casetes " y grupos de grupos " conjuntos ".
El equipo de Voight también examinó las transcripciones de genes de diferentes glándulas de seda tejedoras de orbes y en cada caso encontró transcripciones que pertenecen a más de una clase de espidroína, lo que sugiere que estas glándulas no están estrictamente especializadas para producir un tipo de seda ". Encontramos una complejidad significativamente mayor".en la producción de seda de lo que esperábamos ", dijo Voight.
La mayor sorpresa fue el descubrimiento de que una de las spidroins del tejedor de orbes - FLAG-b, un descubrimiento novedoso del grupo - parece producirse principalmente en la glándula venenosa del tejedor de orbes en lugar de en cualquier glándula de seda, insinuandoen intrigantes nuevas funciones para la seda relacionadas con la captura, la inmovilización o la preservación de presas.
En sus análisis de los datos del genoma, Voight y sus colegas también identificaron 649 genes probables que no son genes de spidroin pero que están altamente expresados en las glándulas de seda y, por lo tanto, probablemente tengan un papel en la conversión de la seda líquida de las células de araña en hilos sólidos y giratorios:- un proceso complicado que los ingenieros de biotecnología apenas comienzan a lograr fuera de las arañas.
Voight y su equipo ahora están siguiendo un estudio de secuenciación del genoma de la araña de corteza de Darwin, que produce las sedas más fuertes conocidas y se sabe que atraviesa ríos con ellas.
Los científicos también están trabajando en tecnología para la producción rápida de sedas en el laboratorio a partir de sus secuencias de ADN de spidroína, para comprender mejor cómo estas secuencias y sus motivos codifican las propiedades biológicas y físicas de las sedas.
"Cuando digo que nos gustaría construir un 'tirador web' como Spider-Man en el laboratorio, solo estoy bromeando a medias", dijo Voight.
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Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Pensilvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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