Même sans élevage d’araignées, il est possible aujourd’hui de fabriquer leur soie si prisée. Des chercheurs de Bayreuth et de Munich ont élaboré la base pour cette fabrication. Ils voient même des possibilités pour surpasser les propriétés naturelles de la matière.
L’élevage de masse des araignées – le rêve de toute personne désirant produire la soie des araignées. Mais la réalité est toute autre : A ce jour, personne n’a été en mesure de gérer un si grand nombre d’animaux car les araignées, de par leur nature carnassière, se dévorent entre elles. Et le peu de soie qui a pu être produit durant leur captivité était de qualité médiocre, comme l’explique Thomas Scheibel, professeur à l’université de Bayreuth.
Scheibel le sait bien car il étudie le sujet depuis de nombreuses années. Ce biochimiste a d’ailleurs largement participé à l’élaboration de la possibilité d’obtenir la soie des araignées par voie biotechnologique. Lui-même et ses collègues utilisent les informations génétiques qui forment la base de la soie des araignées et sont en mesure de générer les protéines complexes correspondantes sous forme de matière brute en grande quantité en laboratoire – et ce grâce au génie génétique et aux bactéries génétiquement modifiées. En coopération avec des biophysiciens de l’université technique de Munich, ils ont réussi à créer un matériau très ressemblant aux fils de soie d’araignée naturelle à partir de cette matière brute.
Ces fils se composent respectivement d’un mélange spécifique de différents composés protéiques qui sont réunis dans un canal. Jusqu’à ce jour, un examen du processus de filage était quasiment impossible car les procédés microscopiques ne pouvaient pas être observés directement dans les glandes des araignées. Avant l’utilisation du génie génétique, le manque de matière brute en quantité suffisante représentait également un problème.
Le biophysicien Sebastian Rammensee de l’Université Technique de Munich (TUM) s’est chargé de reproduire le processus de fabrication naturelle en laboratoire. A partir des résultats obtenus avec son canal de filage, le doctorant issu du groupe de travail du professeur Andreas Bausch a défini les conditions chimiques et physiques dans lesquelles il est possible de produire un fil de soie stable.
La pièce maîtresse de son installation est une fine plaque en plexiglas avec des canaux minuscules, chacun large d’environ 100 µm, à peine plus épais qu’un cheveu de l’homme. Des solutions contenant les composés protéiques de la soie des araignées et les produits chimiques nécessaires au processus de fabrication circulent dans les canaux. Grâce à cette solution du domaine de la microfluidique, il est possible d’effectuer des expériences d’écoulement avec de très faibles quantités de liquide dans un espace très restreint.
Afin de déterminer les facteurs décisifs tels que le taux de pH, le taux de concentration de phosphate correct et l’écoulement à la sortie du fil, toute une série d’expériences avec de nombreuses variantes au niveau du mélange des protéines de soie et du trajet d’écoulement ont été nécessaires. Les chercheurs ont analysé deux types de protéines de soie qui apparaissent également sous forme de mélange dans les fils naturels de l’épeire diadème.
La découverte la plus importante : Il est uniquement possible de créer un fil stable lorsque la solution protéique est déstabilisée au moment de l’élongation, c’est-à-dire que le flux est accéléré du fait du rétrécissement du canal. Cette modification fait en sorte que les agrégats de soie d’araignée qui sont encore sous forme de boule agissent en interaction et sont étirés pour obtenir un fil. L’étonnant, c’est que les deux protéines sont nécessaires afin de former un fil. « Nous avons essayé ici de reproduire et de comprendre la nature le mieux possible. » dit Bausch. « Nous avons ainsi franchi une étape décisive dans la fabrication de biomatériaux synthétiques. »
Même si les fils ne sont pas immédiatement sortis du canal du laboratoire, tous les résultats sont intéressants pour l’utilisation future de produits à base de la soie des araignées. « Lorsque nous avons déterminé la concentration correcte de phosphate dont la solution permet de fabriquer de la soie, nous n’avons d’abord obtenu que de petites boules », dit Scheibel. Mais ces dernières peuvent très bien être utilisées par exemple dans des systèmes devant pénétrer dans le corps humain afin de libérer un médicament à un endroit défini du corps. Les chercheurs n’ont obtenu des structures plus longues qu’au moment où ils ont affiné la technique de processus. « Nous avons à présent suffisamment progressé pour exploiter le tout à grande échelle », explique Scheibel. Ceci dit : Les propriétés de la soie des araignées synthétique sont d’ores et déjà comparables à 95 % à celle produite par voie naturelle.
Toutefois, se rapprocher des 100 % ne suffit pas au chercheur de Bayreuth. « Tout compte fait, grâce à cette technique, nous pouvons faire tout ce qui est possible avec les polymères classiques – c’est-à-dire non seulement des fils ou des petites boules, mais également de la mousse, des films, de l’hydrogel ou des structures de feutre. »
Des revêtements pour la technologie médicale sont possibles, tout comme les membranes pour l’industrie textile. « Si on le désire, il est également possible d’influencer les propriétés de telles membranes par des modifications de la structure protéique », explique le biochimiste. Son point d’approche, ce sont les informations génétiques qu’il place dans les bactéries qui l’assistent lors de la fabrication des protéines de la soie des araignées.
Il n’y a alors quasiment plus de limite à l’imagination, et la création d’une entreprise essaimée est en cours. Toutefois, avec son prix d’environ 3000 euro par kilo, la soie d’araignée synthétique n’est pas encore un produit de masse, mais plutôt une spécialité. « Lorsque nous démarrerons la production à grande échelle, nous serons bientôt en mesure de baisser les prix entre 100 et 200 euro par kilo, et dans quelques années, nous serons certainement concurrentiels », pense Scheibel. Certains scientifiques rêvent aujourd’hui déjà de remplacer les fibres plastiques utilisées actuellement par la soie des araignées afin de ne plus être dépendant du prix toujours plus élevé du pétrole.
Dr. Birgit Oppermann
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