Mientras el mundo se ahoga en plástico, los investigadores buscan materiales prácticos que sean livianos, resistentes y biodegradables.
En los últimos años, los científicos han recurrido cada vez más al mundo natural en busca de inspiración, y muchas investigaciones se centran en las impresionantes características de la seda de araña.
Pero hay otra alternativa prometedora escondida a plena vista: la seda de abeja.
Si te estás rascando la cabeza en este momento, no estás solo. La mayoría de la gente nunca ha oído hablar de la seda de abeja.
“La producción de seda está mucho más extendida en la naturaleza de lo que la mayoría de la gente cree”, dijo a ScienceAlert Oran Wasserman, un biólogo molecular que completó su doctorado en la Universidad Estatal de Utah en el Laboratorio de Seda Araña de Justin Jones.
“La seda ha evolucionado de forma independiente muchas veces, con al menos 23 orígenes distintos sólo en insectos”, explicó Wasserman, incluidas hormigas, abejas y avispas.
A principios de este año, Wasserman y su equipo fueron los primeros en crear una película de un tipo específico de seda de abeja, un primer paso importante para aprovechar el poder de este increíble material.
En el mundo de los insectos, la seda se puede utilizar para cualquier cosa, desde la construcción de redes hasta la construcción de nidos y el hilado de capullos.
Específicamente para las abejas, el propósito es la protección.
“Las abejas sociales, como las abejas melíferas y los abejorros, producen seda para revestir las células de cría de sus colonias”, dijo Wasserman.
“Las abejas solitarias, que constituyen alrededor del 75 por ciento de todas las especies de abejas, hilan seda para construir capullos que brindan protección contra los factores estresantes ambientales”.
Así es, alrededor de tres cuartas partes de todas las especies de abejas tejen seda.
“La producción de seda está mucho más extendida en la naturaleza de lo que la mayoría de la gente cree”, – biólogo molecular Oran Wasserman
De hecho, los investigadores han estado investigando las propiedades de diferentes sedas de abejas durante los últimos 20 años, pero Wasserman y el laboratorio Jones han ido un paso más allá al crear un enfoque no invasivo para sintetizar la seda.
Esto es importante, porque aunque todo el mundo sabe lo impresionante que es la seda de araña: ¡cinco veces más fuerte que el acero en peso! – Ha demostrado ser increíblemente difícil de reproducir en el laboratorio.
La investigación de Wasserman se centró en la abeja azul de los huertos (Osmia lignaria), una abeja solitaria e importante polinizadora de los huertos con capullos pequeños, alargados y de color marrón que tienen una distintiva gorra en forma de pezón en un extremo.
Estos capullos son más duros de lo que parecen.
A pesar de que ambos usan seda para hacer capullos, los gusanos de seda y las abejas azules producen su seda de manera muy diferente. Un gusano de seda teje su capullo a partir de un único hilo continuo.
Una larva de abeja adopta un enfoque más arquitectónico, explicó Wasserman. Ancla la seda a la pared celular del nido, tira de la hebra usando los movimientos de su cabeza y la fija en un nuevo lugar, repitiendo el proceso hasta que esté completamente cerrada.
El capullo resultante tiene sólo unas pocas capas estructurales, pero trabajan juntas para equilibrar el intercambio de gases, la protección mecánica, la retención de humedad y la resistencia a los parásitos.
Ese último punto importa más de lo que parece.
Los capullos de abejas solitarias se enfrentan a una amenaza muy real: las avispas parasitoides. Se trata de avispas que localizan los capullos de las abejas mediante señales químicas y luego intentan atravesarlos con un apéndice en forma de aguja para poner huevos dentro de la abeja en desarrollo (bueno, lo sabemos).
El capullo de seda de la abeja es esencialmente la única línea de defensa de la larva.
Y además de ser increíblemente resistente a pinchazos (una propiedad que Jones Lab está estudiando activamente con un nuevo protocolo), el material también es flexible, antimicrobiano y transpirable.
Exactamente la combinación que desearía en materiales biomédicos de próxima generación, como suturas quirúrgicas, estructuras de ingeniería de tejidos y textiles técnicos.
Sin embargo, el desafío de aprovechar estas propiedades fue recrear la seda fuera de la larva de abeja.
Los intentos iniciales de Wasserman implicaron aislar fibras de seda individuales de capullos completos, pero el proceso fue laborioso y resultó en muchas hebras rotas. Entonces el equipo volvió a la fuente.
“El protocolo que desarrollamos aísla las fibras de seda directamente de la boca de la larva”, explica Wasserman.
Para hacer esto, utilizan un sistema de cría impreso en 3D que imita la cavidad natural del nido de las abejas y luego crían las larvas de abeja en su interior.
El equipo monitorea cada larva diariamente e interviene en el momento exacto en que comienza a girar, cuando los primeros hilos aún están sueltos y a su alcance.
Luego, las fibras se aíslan y se montan para realizar pruebas mecánicas.
“Uno de los aspectos más prometedores del protocolo es que las larvas continúan formando sus capullos, lo que indica que el método es mínimamente invasivo”, explicó Wasserman.
Con esas hebras aisladas, el equipo ahora pudo producir la seda desde cero, utilizando técnicas de biología molecular para insertar los genes objetivo en un microorganismo diseñado que los extrajo en el laboratorio.
Luego purificaron las proteínas resultantes (llamadas fibroínas) y las moldearon en películas transparentes e independientes.
Esta es la primera vez que se produce de esta manera una proteína de seda de abeja solitaria y se convierte en un material.
Si bien todavía no se puede utilizar directamente para ninguna aplicación, la técnica abre la puerta a más estudios sobre la seda de las abejas en diferentes especies.
Por ejemplo, se sabe que la seda de las abejas es más elástica que la seda de las abejas de los huertos, y esta misma técnica podría usarse para recrear esa seda, o incluso mezclarla con otros materiales.
Eso es lo que Wasserman y su equipo están haciendo ahora con su seda de abeja: combinándola con algo aún más extraño: baba de mixina.
Los mixinos son peces antiguos de aguas profundas sin mandíbulas que liberan una secreción viscosa cuando se ven amenazados. Esta secreción se expande rápidamente en el agua de mar, obstruyendo las branquias de cualquier cosa que los ataque.
Esa baba es una mezcla de moco y finos hilos de proteínas, y cuando esos hilos se estiran y se secan, sus propiedades mecánicas se aproximan a las de la seda de araña.
El laboratorio de Wasserman utiliza el mismo flujo de trabajo molecular tanto para las proteínas de mixino como para la seda de abeja, y ambos materiales comparten una estructura proteica subyacente similar. Esto significa que podrían combinarse para formar materiales que combinen las mejores propiedades de cada uno.
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“La seda se ha utilizado para diversos fines desde hace milenios”, afirma Wasserman. “Aun así, la mayor parte de esa atención se ha centrado en un puñado de especies, principalmente el gusano de seda y las arañas.
“En términos más generales, entre los insectos, la seda es sorprendentemente diversa, hilada por muchas especies que varían en su composición y propiedades mecánicas… Pero, sorprendentemente, muchos aspectos, como la seda y los capullos, siguen sin estudiarse.
“A medida que el campo siga progresando, espero que muchas de esas preguntas abiertas comiencen a obtener respuesta”.
La investigación ha sido publicada en PLOS One y SynBio.
Este artículo fue verificado por Rachel Garner y editado por Peter Dockrill. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.