Spindlar producerar otroligt starka och lätta trådar som kallas draglinor som är gjorda av sidenproteiner. Även om de kan användas för att tillverka ett antal användbara material, att få i sig tillräckligt med proteinet är svårt eftersom endast en liten mängd kan produceras av varje liten spindel. I en ny studie publicerad i Kommunikationsbiologi , ett forskarlag ledd av Keiji Numata vid RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) rapporterade att de lyckades framställa spindelsilket med hjälp av fotosyntetiska bakterier. Denna studie kan öppna en ny era där fotosyntetiska biofabriker stabilt producerar huvuddelen av spindelsilke.

Förutom att vara tuff och lätt, silke som härrör från artropoder är biologiskt nedbrytbara och biokompatibla. Särskilt, spindelsilke är ultralätt och är lika tufft som stål. "Spindelsilke har potential att användas vid tillverkning av högpresterande och hållbara material som rivtåliga kläder, bildelar, och rymdkomponenter, " förklarar Choon Pin Foong, som genomförde denna studie. "Dess biokompatibilitet gör den säker för användning i biomedicinska applikationer som läkemedelstillförselsystem, implantatanordningar, och ställningar för vävnadsteknik." Eftersom endast en spårmängd kan erhållas från en spindel, och eftersom det är svårt att föda upp ett stort antal spindlar, försök har gjorts att producera artificiellt spindelsilke i en mängd olika arter.

CSRS-teamet fokuserade på den marina fotosyntetiska bakterien Rhodovulum sulfidophilum. Denna bakterie är idealisk för att etablera en hållbar biofabrik eftersom den växer i havsvatten, kräver koldioxid och kväve i atmosfären, och använder solenergi, som alla är rikliga och outtömliga.

Forskarna genetiskt modifierade bakterien för att producera MaSp1-protein, huvudkomponenten i Nephila spider dragline som antas spela en viktig roll i styrkan hos spindelsilket. Optimering av gensekvensen som de infogade i bakteriens arvsmassa kunde maximera mängden silke som kunde produceras. De fann också att ett enkelt recept — konstgjort havsvatten, bikarbonatsalt, kvävgas, jästextrakt, och bestrålning med nära-infrarött ljus – gör att R. sulfidophilum växer bra och producerar sidenproteinet effektivt. Ytterligare observationer bekräftade att ytan och de inre strukturerna hos fibrerna som produceras i bakterierna var mycket lika de som produceras naturligt av spindlar.

"Vår nuvarande studie visar det första proof of concept för att producera spindelsilke i fotosyntetiska bakterier. Vi arbetar nu med att massproducera spindelsilke-draglineproteiner med högre molekylvikter i vårt fotosyntetiska system, Numata säger. "De fotosyntetiska mikrobiella cellfabrikerna, som producerar biobaserade och biologiskt nedbrytbara material via en koldioxidneutral bioprocess, kan hjälpa oss att uppnå några av de hållbara utvecklingsmålen (SDG) som antagits av FN, såsom mål nr 12, Ansvarsfull produktion och konsumtion, och mål nr 13, Klimatåtgärder. Våra resultat hjälper till att tillhandahålla genomförbara lösningar för energi, vatten- och matkriser, problem med fast avfall, och global uppvärmning."