Door de werking van de zijdeklier van een spin na te bootsen is het onderzoekers gelukt kunstmatig spinzijde te produceren. Toevallig ontdekte een ander onderzoeksteam deze week dat kunstmatig spinzijde antibiotica kan afgeven.
Spinzijde is om meerdere redenen een fantastisch materiaal: het is een extreem sterke vezel, licht en biologisch afbreekbaar, en daarmee aantrekkelijk voor allerhande medische toepassingen. Daarom proberen onderzoekers al decennia het werk van de spin na te bootsen.
Om de zijde kunstmatig te produceren zijn allereerst de eiwitten nodig waaruit het is opgebouwd. Vervolgens moeten die in oplossing worden gebracht, om vervolgens daar de draden uit te spinnen. Tot nu toe lukte het bouwen van die eiwitten nog wel, maar bleek het oplossen van de eiwitten veel lastiger. Ze hebben de neiging direct samen te klonteren. Bovendien moet het, na het oplossen, nog lukken om het spinnen op relatief grote schaal toe te passen, in ieder geval met voldoende productievolume om daarna iets met het zijde te kunnen doen.
Twee spinsoorten
Onderzoekers van drie Zweedse universiteiten en van die in Oxford, Madrid en Shanghai hebben nu een methode gevonden waarmee ze met succes de spinzijde kunnen nabootsen. Zij publiceren erover in Nature Chemical Biology.
Op zoek naar zijde-eiwitten die goed oplosbaar zijn keken ze naar het spinrag van verschillende spinnen. Uiteindelijk vonden ze twee eiwitsoorten die geschikt zijde op konden leveren. De onderzoekers bootsten de eiwitten vervolgens na met hulp van genetisch veranderde Escherichia coli-bacteriën na. De zo ontstane eiwitten bleken inderdaad goed oplosbaar.
Om uit die oplossing de zijde te spinnen bestudeerden ze hoe dat bij een spin gaat: vooral de verandering van de zuurgraad in de spinklier speelt een rol bij de vorming van draad. Daarnaast speelt ontwatering in het kanaal van de klier een rol. De onderzoekers bootsten dit na met een capillair en een zure oplossing. Ze bleken in staat daarmee een flinke hoeveelheid zijde te ‘spinnen’: een kilometer draad uit een liter opgeloste eiwitten.
Minder treksterk
De kunstdraad heeft een elasticiteit die vergelijkbaar is met echte spinzijde. De taaiheid en treksterkte zijn met respectievelijk de helft en een vijfde duidelijk minder dan die van echte spinzijde. De score is wel goed in vergelijking met andere kunstmatig geproduceerde spinzijdes.
‘Met het gebruik van de twee verschillende eiwitten introduceren de onderzoekers een nieuwe interessante productieroute’, zo oordeelt hoogleraar bio-organische chemie Jan van Hest van de TU Eindhoven. ‘Maar of dit nu echt de doorbraak is? Er zijn groepen, onder andere van Thomas Scheibel van het Fiberlab van de Universiteit van Bayreuth, die met andere methoden ook spinzijde weten te produceren.’
Grootschalige toepassingen zijn er echter nog niet. ‘Het maken van productievolumes begint nu pas op gang te komen’, signaleert Van Hest. Hij ziet veelbelovende toepassingen bij regeneratieve geneeskunde en medicijnafgifte. ‘Spinzijde kan in samengestelde materialen ook stevigheid geven, terwijl ze biologisch afbreekbaar blijft.’
Antibioticum
Een voorbeeld van die medicijnafgifte leveren onderzoekers van de Universiteit van Nottingham in Engeland. Zij wisten aan de spinzijde moleculen te koppelen die werken als antibioticum. Dat gebeurt in de fase waarin de spinzijde-eiwitten zich nog in oplossing bevinden, dus voor het ‘trekken’ van de draad. Dat antibioticum, de onderzoekers gebruikten daarvoor levoflaxine, hecht zich aan de zijde-eiwitten en laat, wanneer de zijdedraad eenmaal is gemaakt, weer geleidelijk los, met behoud van zijn antibacteriële eigenschappen voor tenminste vijf dagen. De spinzijde kan dan zowel helpen om bijvoorbeeld bij een wond structuur en stevigheid te bieden als om antibiotica te leveren.
Volgens de onderzoekers van Nottingham is het met hun methode mogelijk om tal van andere functionele eigenschappen aan de spinzijde toe te voegen, bijvoorbeeld regeneratieve medicijnen voor herstel van botbreuken.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.