Une nouvelle façon de fabriquer de la soie d’araignée utilise des protéines de pattes de moules

Les chercheurs ont fait une percée significative dans la fabrication de la soie d’araignée synthétique.

Le nouveau travail ouvre la voie à une nouvelle ère de production de vêtements durables.

Les scientifiques sont depuis longtemps intrigués par les propriétés remarquables de la soie d’araignée, qui est plus solide que l’acier mais incroyablement légère et flexible.

Depuis l’ingénierie de la soie d’araignée recombinante en 2018 à l’aide de bactéries, Fuzhong Zhang, professeur de génie énergétique, environnemental et chimique à la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à Saint-Louis, s’efforce d’augmenter le rendement des fils de soie produits à partir de microbes. tout en conservant ses propriétés souhaitables de résistance et de ténacité améliorées.

Des rendements plus élevés seront essentiels si la soie synthétique doit être utilisée dans des applications quotidiennes, en particulier dans l’industrie de la mode où les matériaux renouvelables sont très demandés pour endiguer les impacts environnementaux résultant de la production d’environ 100 milliards de vêtements et de 92 millions de tonnes de déchets chaque année. .

Avec l’aide d’une protéine de pied de moule modifiée, Zhang a créé de nouvelles protéines de fusion de soie d’araignée, appelées soies fusionnées MFP bi-terminales (btMSilks). La production microbienne de btMSilks a des rendements huit fois plus élevés que les protéines de soie recombinantes, et les fibres de btMSilk ont ​​une résistance et une ténacité considérablement améliorées tout en étant légères.

Comme rapporté dans Communication Naturecela pourrait révolutionner la fabrication de vêtements en offrant une alternative plus écologique aux textiles traditionnels.

“Les propriétés mécaniques exceptionnelles de la soie d’araignée naturelle proviennent de sa séquence protéique très grande et répétitive”, explique Zhang. « Cependant, il est extrêmement difficile de demander à des bactéries à croissance rapide de produire beaucoup de protéines répétitives.

« Pour résoudre ce problème, nous avions besoin d’une stratégie différente », dit-il. «Nous sommes allés à la recherche de protéines désordonnées qui peuvent être génétiquement fusionnées à des fragments de soie pour favoriser l’interaction moléculaire, de sorte que des fibres solides puissent être fabriquées sans utiliser de grosses protéines répétitives. Et nous les avons en fait trouvés ici même dans le cadre de travaux que nous avons déjà effectués sur les protéines de pied de moule. »

Les moules sécrètent ces protéines spécialisées sur leurs pieds pour coller aux choses. Zhang et ses collaborateurs ont conçu des bactéries pour les produire et les transformer en adhésifs pour des applications biomédicales. Il s’avère que les protéines du pied de moule sont également cohésives, ce qui leur permet également de bien se coller les unes aux autres. En plaçant des fragments de protéines de pied de moule aux extrémités de ses séquences de protéines de soie synthétique, Zhang a créé un matériau moins répétitif et léger qui est au moins deux fois plus résistant que la soie d’araignée recombinante.

Les rendements sur le matériau de Zhang ont été multipliés par huit par rapport aux études précédentes, atteignant 8 grammes de matériau fibreux à partir de 1 litre de culture bactérienne. Cette sortie constitue suffisamment de tissu pour tester son utilisation dans de vrais produits.

“La beauté de la biologie synthétique est que nous avons beaucoup d’espace à explorer”, déclare Zhang. «Nous pouvons couper et coller des séquences de diverses protéines naturelles et tester ces conceptions en laboratoire pour de nouvelles propriétés et fonctions. Cela rend les matériaux de biologie synthétique beaucoup plus polyvalents que les matériaux traditionnels à base de pétrole.

Dans les travaux à venir, Zhang et son équipe élargiront les propriétés ajustables de leurs fibres de soie synthétiques pour répondre aux besoins exacts de chaque marché spécialisé.

“Parce que notre soie synthétique est fabriquée à partir de matières premières bon marché utilisant des bactéries modifiées, elle présente un remplacement renouvelable et biodégradable pour les matériaux en fibres dérivés du pétrole comme le nylon et le polyester”, a déclaré Zhang.

Le département américain de l’Agriculture et la National Science Foundation ont soutenu le travail.

Source: Université de Washington à Saint-Louis