Os pesquisadores descobriram as interações moleculares que conferem à seda da aranha sua notável combinação de força e flexibilidade. A descoberta poderá ajudar os cientistas a desenvolver novos materiais biológicos para aeronaves, equipamentos de proteção e fins médicos, bem como fornecer informações sobre doenças neurológicas como a doença de Alzheimer.
Um estudo publicado na revista Anais da Academia Nacional de Ciências elaborado por cientistas do King’s College London e da San Diego State University (SDSU), descreve princípios fundamentais de design que podem orientar a criação de uma nova geração de fibras de alto desempenho e ecologicamente corretas.
É importante ressaltar que o estudo é o primeiro a explicar como os aminoácidos nas proteínas da seda das aranhas interagem de uma forma que lhes permite atuar como “adesivos” moleculares, mantendo o material unido à medida que ele se forma.
Chris Lorenz, professor de ciência computacional de materiais no King’s College London e chefe da equipe de pesquisa do Reino Unido, destacou o amplo potencial das descobertas. “As possibilidades de aplicação são enormes – roupas de proteção leves, componentes de aeronaves, implantes médicos biodegradáveis e até robótica leve poderiam se beneficiar das fibras criadas usando esses princípios naturais”, disse ele.
Por que a seda da aranha é mais forte que o aço
Spider Dragline Silk é conhecido por seu desempenho extraordinário. Libra por libra, é mais forte que o aço e mais durável que o Kevlar, o material usado para fazer armaduras corporais. As aranhas dependem deste material para construir a estrutura estrutural da sua teia e para se suspenderem, e os cientistas há muito que ficam fascinados pela forma como a natureza produz uma fibra tão excepcional.
Esse tipo de seda é produzido dentro da glândula de seda da aranha, onde as proteínas da seda são armazenadas na forma de um líquido espesso denominado “dope da seda”. Se necessário, a aranha transforma esse líquido em fibras sólidas com excelentes propriedades mecânicas.
Os cientistas já sabiam que as proteínas primeiro se reúnem em gotículas líquidas antes de serem transformadas em fibras. No entanto, os passos moleculares que ligam este agrupamento inicial à resistência final da seda permanecem um mistério.
Interações moleculares subjacentes à formação da seda
Para resolver esse quebra-cabeça, uma equipe interdisciplinar de químicos, biofísicos e engenheiros utilizou uma série de técnicas computacionais e laboratoriais avançadas. Estes incluíram simulações de dinâmica molecular, modelagem estrutural AlphaFold3 e espectroscopia de ressonância magnética nuclear.
A sua análise mostrou que dois aminoácidos, arginina e tirosina, interagem de uma forma específica que faz com que as proteínas da seda se agrupem nas fases iniciais. Estas interações não desaparecem quando a seda solidifica. Em vez disso, permanecem activos à medida que a fibra se forma, ajudando a construir a nanoestrutura complexa que dá à seda da aranha a sua força e flexibilidade excepcionais.
“Este estudo fornece uma explicação em nível atomístico de como as proteínas desordenadas se reúnem em estruturas altamente ordenadas e de alto desempenho”, disse Lorenz.
Links para pesquisas sobre o cérebro e a doença de Alzheimer
Gregory Holland, professor de química física e analítica da SDSU que liderou o lado americano do estudo, disse que a complexidade química do processo era inesperada.
“O que nos surpreendeu foi que a seda – algo que normalmente consideramos uma fibra natural simples e bonita – na verdade depende de truques moleculares muito complexos”, disse Holland. “Os mesmos tipos de interações que descobrimos são usados nos receptores de neurotransmissores e na sinalização hormonal”.
Devido a esta coincidência, os investigadores acreditam que as descobertas podem ter implicações para além da ciência dos materiais.
“A forma como as proteínas da seda sofrem separação de fases e depois formam estruturas ricas em folhas β espelha os mecanismos que vemos em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer”, disse Holland. “O estudo da seda nos dá um sistema limpo e evolutivamente otimizado para entender como a separação de fases e a formação de folhas β podem ser controladas.”
