Robot trækker edderkoppesilke ud af colibakterier

Der findes i naturen et helt unikt materiale, som forskere har interesseret sig for i rigtig mange år; edderkoppesilke. 

Edderkoppens silke er et ekstremt interessant materiale, fordi det både er enormt fleksibelt og helt utroligt stærkt. 

Forestiller man sig som eksempel en trøje spundet af edderkoppesilke, ville den være stærk som en skudsikker vest, men samtidig fleksibel og blød. 

Et reb af edderkoppesilke ville være meget svært at ødelægge, selvom det var helt tyndt. 

Da det ikke er praktisk muligt at udvinde edderkoppesilken fra edderkopperne selv, forsøger forskere i stedet at gøre det i laboratoriet.

I den sammenhæng har forskere nu udviklet en metode til at få colibakterier til at lave edderkoppesilkeproteiner og få en robot til at trække silken ud af den oprensede silkeopløsning. 

"Det gør det muligt for os at lave lange fibre, hvilket ikke på samme måde var muligt før. Vi kan samtidig måle styrken i silken, når vi trækker i den, og det kommer til at gøre vores forsøg med at lave kunstig edderkoppesilke meget lettere," forklarer en af forskerne bag studiet, ph.d. Teemu Välisalmi fra Aalto Universitet, Finland.

Forskningen er offentliggjort i International Journal of Biological Macromolecules.

Colibakterier laver silkeproteiner

I forskningsarbejdet har forskerne udstyret colibakterier med genet for edderkoppens silkeprotein. 

Det vil sige, at så længe colibakterierne bliver fodret med det rigtige substrat, vil de producere edderkoppesilkeprotein og lagre det. 

Gennem forskellige oprensningstrin kan forskerne identificere silkeproteinerne i væsken, og de kan også trække dem ud af væsken, selvom de enkelte silkefibre er så tynde, at det næsten er umuligt at få øje på dem med det blotte øje.

Teemu Välisalmi fortæller, at det endnu ikke er muligt at lave silke præcist på samme måde som edderkopperne. 

"Silke fra edderkopper bliver dannet via lange reaktionskæder, og det er meget svært for colibakterier at håndtere så kompleks genetisk information, som findes i naturlige silkeproteiner. Derfor har vi kun taget en del af syntesevejen for at skabe noget, som colibakterierne godt kan producere. Edderkoppesilke består også af flere proteiner, og de er lange, mens vi i vores colibakterier indtil videre kun kan producere ét af proteinerne og kun i korte versioner, men det er et skridt på vejen mod at kunne lave rigtig edderkoppesilke i laboratoriet," forklarer han.

Robot trækker silkeproteiner ud af væske

I det nye forskningsarbejde har forskerne udviklet en mekanisk metode til at trække silketråde ud af væsken med silkeproteiner, mens de samtidig er i stand til at måle trækstyrken i silketråden.

Teemu Välisalmi forklarer, at man kan få silke ud af en væske på forskellige måder. 

Én måde er at injicere opløsningen med silkeproteiner i en anden væske, som får silkeproteinerne til at koagulere. Det giver dog ikke den ensartethed i fibrene, som er interessant. 

Forskerne ønskede derfor at udvikle en ny metode, hvor det i stedet blev muligt at trække silken direkte ud af væsken.

Til formålet udviklede de en mekanisk anordning med væsken med silkeproteiner i en kanyle og så en robotarm, der langsomt trækker silken ud af væsken. I takt med at silkeproteinerne bliver udsat for tør luft, bliver de faste, og på den måde kan forskerne fortsætte med at trække silkeprotein efter silkeprotein ud af væsken i én lang fiber. 

Samtidig er anordningen udstyret med en sensor, der kan måle styrken i silketråden, og et kamera, som filmer silketråden, mens den bliver trukket ud af væsken.

"Det gør, at vi kan studere silketråden, mens den bliver trukket ud af væsken. Vi kan både se den, og vi kan måle dens trækstyrke," siger Teemu Välisalmi.

Kan benyttes på andre former for silke

Teemu Välisalmi fortæller, at det ikke før udviklingen af den nye metode har været muligt at demonstrere vigtigheden af væske-til-væske faseseperation i kunstig edderkoppesilke. 

Med den nye metode kan forskerne filme proteiner, i takt med at de danner stærke fibre. 

Metoden er heller ikke kun velegnet til at studere egenskaber ved kunstig edderkoppesilke, men kan benyttes til at studere mange forskellige former for kunstig silke. 

Forskerne har som eksempel også benyttet metoden til at studere kunstig silke fra silkelarver.

"Det var også en del af målet med dette forskningsarbejde. Vi ville udvikle en metode, som gør det meget lettere at studere silkeproteiner helt generelt. Det vil fremme forskningen inden for feltet og bringe os tættere på at kunne lave naturtro silke med colibakterier," siger Teemu Välisalmi.