China stellt extrem robuste Seidenfasern her, die sechsmal stärker sind als Kevlar.

Chinesische Wissenschaftler haben die erste vollständige Spinnenseidenfaser aus gentechnisch veränderten Seidenraupen synthetisiert, die stärker ist als „die meisten natürlichen und synthetischen Fasern“ wie beispielsweise Kevlar.

Spinnenseide, hergestellt von gentechnisch veränderten Seidenraupen. Foto: Mi Junpeng — Spinnenseide, hergestellt von gentechnisch veränderten Seidenraupen. Foto: *Mi Junpeng*

In einer am 20. September in der Fachzeitschrift „Matter“ veröffentlichten Studie berichteten Wissenschaftler der Donghua-Universität in Shanghai, dass Spinnenseidenfasern sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch eine außergewöhnliche Zähigkeit aufweisen. Die Zähigkeit von Spinnenseide ist sechsmal höher als die von Kevlar, und ihre Zugfestigkeit (ihre Fähigkeit, Zugkräften beim Dehnen standzuhalten) ist höher als die von Nylon. Mi Junpeng, der Hauptautor der Studie, erklärte, die neuen Fasern hätten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, darunter chirurgisches Nahtmaterial, kugelsichere Kleidung, intelligente Materialien und die Luft- und Raumfahrttechnik.

Das Team nutzte die Genschere CRISPR-Cas9, um Seidenraupeneier genetisch zu verändern, indem es ein Gen für Spinnenseidenproteine einfügte. Diese Veränderung führte dazu, dass die Augen der Seidenraupen unter einem Fluoreszenzmikroskop leuchteten. Um sicherzustellen, dass die gentechnisch veränderten Seidenraupen Spinnenproteine produzierten, mussten die Forscher zunächst die Struktur der Seide besser verstehen. Sie verwendeten dazu ein Modell der Seidenstruktur, das bereits erfolgreich in Experimenten getestet worden war.

Eine der größten Herausforderungen bestand laut Mi darin, die Spinnenproteine so zu „lokalisieren“, dass sie mit den Seidenraupenproteinen interagieren konnten. Mithilfe von Modellen konnten sie besser verstehen, welche Modifikationen für eine effektive Integration notwendig waren. Außerdem stellte die Gewinnung erfolgreich modifizierter Seidenraupen eine Herausforderung dar, da bis zu 100 Eier benötigt wurden, um einige wenige transgene Seidenraupen zu erhalten. Seidenraupen benötigten zudem regelmäßige Pflege, da sie mehrmals täglich fressen.

Spinnenseide ist umweltfreundlich, reißfester und flexibler als synthetische Fasern wie Nylon und Kevlar, deren Herstellung energieintensiv ist und die Umwelt belastet. Sie ist zudem reißfester und weniger spröde als die von Seidenraupen produzierte Naturseide. Die großflächige Herstellung von Spinnenseide gestaltet sich jedoch schwierig, da Spinnen kannibalisch sind und nicht in großer Zahl nebeneinander gehalten werden können.

Künstliche Spinnenseide ist nicht ideal, da selbst modernste Produktionsmethoden die natürliche Struktur nicht vollständig nachahmen können, weil der Mechanismus des Seidenspinnens noch nicht vollständig erforscht ist. Seide besitzt zudem eine natürliche Schutzschicht (Cuticula), die sich nicht künstlich simulieren lässt. Auch die Drüsen von Seidenraupen und Spinnen weisen ähnliche Eigenschaften auf, sodass die vom Forschungsteam hergestellte Seide ihre Strukturmerkmale und Schutzschicht beibehält.

Kommentar (0)