Oggi è possibile produrre la tanto richiesta seta di ragno anche senza dover allevare i ragni. Alcuni ricercatori di Bayreuth e Monaco hanno realizzato le basi perché questo diventi realtà. Esistono addirittura degli aspetti che vanno pensare che questo materiale possa avere caratteristiche superiori ai prodotti naturali.
Un allevamento di massa di ragni – un sogno per chiunque desideri produrre seta di ragni. Ma la realtà è diversa: fino ad oggi nessun allevatore è riuscito a produrre questi animali in numero elevato. Il problema è che essi hanno propensioni cannibalesche e finiscono a divorarsi gli uni con gli altri. E quel poco di seta di ragno prodotta in prigionia è di „bassa qualità“, come spiega Prof. Thomas Scheibel dell’università di Bayreuth.
E a Scheibel si può credere, dopotutto lo scienziato si occupa da anni di questo tema. L’esperto di biochimica ha dato un notevole contributo allo studio finalizzato a far si che la seta dei ragni potesse essere prodotta anche in laboratorio. Lo scienziato ed i suoi aiutanti hanno sfruttato le informazioni genetiche che costituiscono la base della seta prodotta dal ragno per produrre in notevoli quantità in laboratorio le complesse proteine utilizzabili come materia prima – servendosi della biotecnologia e di batteri modificati geneticamente. In collaborazione con biofisici dell’Università tecnica TU di Monaco, i ricercatori sono riusciti a creare da questa materia prima qualcosa di molto somigliante alla seta naturalmente prodotta dai ragni.
I fili consistono di un mix di diverse molecole di proteina che vengono raggruppate in un canale. In passato era molto complicato effettuare un’indagine del processo di produzione della tela, in quanto le operazioni microscopiche non erano osservabili direttamente nelle ghiandole del ragno. La mancanza di materia prima in quantità sufficiente costituiva, prima dell’avvento della biotecnologia, un ulteriore problema.
Il biofisico Sebastian Rammensee, della Technische Universität München (TUM) ha voluto ricostruire il naturale processo di produzione in laboratorio. Il dottore di ricerca facente parte dell’equipe del professore Andreas Bausch è riuscito a determinare – grazie ai risultati conseguiti nel suo canale di tessitura della tela ricostruito in laboratorio – le condizioni chimiche e fisiche che rendono possibile la creazione di un robusto filo di ragnatela.
Il „cuore“ dell’impianto è una sottile lastra di plexiglas con canali piccolissimi, della larghezza di circa 100 µm, appena più grossi di un capello umano. Attraverso questi canali scorrono delle soluzioni contenenti le molecole di proteina della seta di ragno e le altre sostanze chimiche necessarie per il processo produttivo. Grazie a questa soluzione realizzata in base a principi di microfluidica è possibile effettuare esperimenti con quantità minime di liquidi, in uno spazio piccolissimo.
Per poter scoprire quali sono i fattori decisivi del processo, come il valore di pH, la corretta concentrazione di fosfato ed il flusso sui punti dove fuoriesce il filo, è stato necessario eseguire tutta una serie di esperimenti con diverse varianti di proteina della seta e del decorso del flusso. I ricercatori hanno studiato in particolare due tipi di proteine della seta che sono presenti in una miscela anche nei fili naturali prodotti dal ragno crociato.
La prima importante scoperta è stata quella che per produrre un filo stabile è necessario che la soluzione di proteine venga destabilizzata proprio nel momento in cui è presente un cosiddetto flusso di elongazione, vale a dire quando il flusso viene accelerato dallo strozzamento presente nel canale. Questa alterazione fa si che i componenti della seta – che fino a quel momento avevano la forma sferica – reagiscano gli uni con gli altri trasformandosi in un filo. Da notare che perché si formi il filo è necessaria la presenza di entrambe le proteine. „Abbiamo cercato di riprodurre – e capire – per quanto possibile un processo naturale“, afferma Bausch. „Abbiamo quindi fatto un passo decisivo verso la meta di un materiale biologico prodotto artificialmente“.
Anche se non sarà possibile far uscire subito fili dal canale realizzato in laboratorio, questi risultati sono di grande interesse per il futuro utilizzo di prodotti realizzati con seta di ragno. „Una volta determinata la giusta concentrazione di fosfato necessaria perché la soluzione si trasformi in seta, siamo riusciti solo a produrre delle palline“, dice Scheibel. Ma abbiamo potuto utilizzarle ugualmente, ad esempio per sistemi che devono essere introdotti nel corpo umano, per poter rilasciare in un punto preciso un farmaco. I ricercatori sono riusciti a produrre delle strutture longitudinali solo elaborando ulteriormente la tecnologia alla base del processo. „Siamo giunti adesso ad una fase, in cui sarà possibile gestire il processo su larga scala“, afferma Scheibel. I risultati sono più che incoraggianti: per il 95 % le caratteristiche della seta di ragno sintetica sono paragonabili a quelle del prodotto naturale.
Il ricercatore di Bayreuth non si vuole comunque fermare al target del 100%. „Grazie a questa tecnologia sarà possibile, fondamentalmente, fare tutto ciò che è anche possibile con i classici polimeri – vale a dire produrre non solo fili o sfere, ma anche schiume, pellicole, idrogel o strutture a feltro“.
Sarà possibile realizzare rivestimenti utilizzabili in sistemi medicali o membrane per l’industria tessile. „Se si vorrà, sarà anche possibile influenzare le caratteristiche di tali membrane, con modifiche apportate alla struttura della proteina“, spiega l’esperto di biochimica. Come punto di partenza utilizzerà le informazioni genetiche inserite in batteri che fungeranno da aiutanti per la produzione di proteine di seta di ragno.
Non ci sono limiti alla fantasia e attualmente una società spin-off è in fase di costituzione. La seta di ragno sintetica con il suo prezzo attuale di circa 3000 Euro al chilogrammo non è al momento utilizzabile come prodotto di massa, è ancora un prodotto speciale. „Quando inizieremo la produzione a larga scala, potremo ridurre i prezzi in breve tempo a 100 – 200 euro al chilogrammo – ed in alcuni anni saremo sicuramente competitivi“, aggiunge Scheibel. Alcuni scienziati sognano già di poter sostituire con la seta per ragni le fibre sintetiche attualmente utilizzate, per non dover dipendere più dal petrolio sempre più costoso.
Dr. Birgit Oppermann
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