Spinnenseide zeichnet sich durch besondere Eigenschaften aus und könnte in vielen Bereichen Anwendung finden. Forschern ist es jetzt gelungen, Bakterien gentechnisch so zu verändern, dass sie Spinnenseide von hoher Qualität produzieren.

Wissenschaftler aus Korea und den USA haben Mikroorganismen so manipuliert, dass sie das zentrale Protein der Seidenfaser in seiner nahezu natürlichen Größe herstellen. Die daraus gesponnenen Fäden sind fast fast genauso reißfest und dehnbar wie die natürlichen Vorbilder, schreiben die Forscher in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften.

Xiao-Xia Xia vom Korea Advanced Institute of Science and Technology und seine Mitarbeiter nahmen sich die Faser der Goldenen Seidenspinne als Vorbild. Dieses enthält als Hauptbestandteil das Protein MaSp1. Die Spinnen stellen dieses Protein mit einer molekularen Masse zwischen 250 und 320 Kilodalton (kDa) her. Und genau darin liegt vermutlich das Geheimnis der außergewöhnlichen Stärke und Elastizität der Faser, vermuteten die Wissenschaftler. Ihrer Theorie zufolge ist die Größe des Proteins für seine mechanischen Eigenschaften ausschlaggebend.

Umfangreich einsetzbar

Um diese Hypothese zu prüfen, baute das Team um Xia Escherichia coli-Bakterien das Gen für das MaSp1 in unterschiedlicher Anzahl ein. Zusätzlich veränderten sie die Proteinmaschinerie der Bakterien so, dass sie besonders viel Glycin bereitstellen und verarbeiten kann. Glycin ist die Aminosäure, die in dem MaSp1-Protein am häufigsten vorkommt. Die Bakterien bildeten daraufhin gemäß der genetischen Vorgabe MaSp1-Proteine unterschiedlicher Masse. Diese Proteinen versponnen die Forscher zu Seidenfäden und testeten dann deren mechanischen Eigenschaften.

Das Ergebnis bestätigte die Hypothese der Forscher: Fasern aus dem Protein, dessen Masse mit 284,9 kDa der des natürlichen Vorbildes am nächsten kam, zeigte auch vergleichbare mechanische Eigenschaften. Kleinere Proteine ergaben Seidenfasern mit schlechterer Dehnbarkeit und Stärke. Dank ihrer hohen Qualität könnten die Seidenfasern in zahlreichen industriellen oder biomedizinischen Bereichen Anwendung finden, etwa zur Herstellung von Schutzkleidung, Fallschirmseilen oder als Material zum Verschluss von Wunden, schreiben die Wissenschaftler.