En grupp forskare som leds av forskare från RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) har undersökt den lösliga föregångaren till spindelsilke och funnit att ett tidigare oupptäckt strukturelement är nyckeln till hur proteinerna bildas i betabladsformen som ger siden dess exceptionella styrka.

Spindelsilke är känt för sin exceptionella seghet och flexibilitet. Det är flera gånger starkare än stål, och ändå är mycket mer flexibel. Som ett resultat, forskare runt om i världen försöker försöka utveckla analoger som kan användas i industriella och medicinska tillämpningar. Dock, även om det är känt att betabladen i spindelsilke är nyckeln till dess styrka, hur arken bildas är dåligt förstått, gör det svårt att skapa konstgjorda varianter. En del av anledningen till att det är svårt att förstå mekanismen är att siden först skapades som lösliga proteiner, som mycket snabbt kristalliseras till en fast form, och det har varit mycket svårt att analysera den lösliga formen.

För att belysa detta, CSRS-forskarna genererade sidenproteiner med hjälp av genetiskt modifierade bakterier som kan producera silke från en spindel av spindelnät (Nephila clavipes), och utförde sedan komplexa analyser av de lösliga proteinerna. De tittade särskilt på de upprepande elementen som är inneslutna mellan två terminalelement som har väl karaktäriserats. De fann att den upprepande domänen består av två mönster - slumpmässiga spolar och ett mönster som kallas polyprolin typ II helix. Det visar sig att den andra typen är avgörande för bildandet av starkt siden.

Väsentligen, deras studier visade att polyprolin typ II helix kan bilda en styv struktur som sedan snabbt kan omvandlas till beta-ark, så att siden kan vävas snabbt. Intressant nog, det visade sig att pH- som antas vara viktigt för de molekylära interaktionerna mellan de N- och C-terminala domänerna- inte spelar en viktig roll i veckningen av de repetitiva domänerna, och att det snarare är avlägsnande av vatten och mekaniska krafter när föregångaren rör sig genom sidenkörteln.

Enligt Nur Alia Oktaviani, den första författaren till studien, "Vi hade turen att kunna använda en kombination av kraftfulla metoder, inklusive kärnmagnetisk resonansspektroskopi i lösningstillstånd, far-UV cirkulär dikroismspektroskopi, och vibrationscirkulär dikroismspektroskopi, att analysera proteinet innan det bildades i betabladen. Det var mycket tillfredsställande att upptäcka denna speciella konformation som leder till bildandet av betabladen. "

Enligt Keiji Numata, som är projektledare för JST ImPACT och ledde forskargruppen, "Spindelsilke är ett underbart material, eftersom det är extremt tufft men inte innehåller skadliga ämnen och är lätt biologiskt nedbrytbart, så det inte utövar någon skadlig belastning på miljön. Vi hoppas att denna upptäckt kommer att göra det möjligt att skapa konstgjord siden som kommer att vara användbar för samhället. "