Mientras el mundo se ahoga en plástico, los investigadores buscan materiales prácticos que sean ligeros, resistentes y biodegradables. En los últimos años, los científicos han recurrido cada vez más al mundo natural en busca de inspiración, y gran parte de la investigación se centra en las impresionantes características de la seda de araña.
Pero existe otra alternativa prometedora que pasa desapercibida: la seda de abeja.
Si ahora mismo te estás rascando la cabeza, no eres el único. 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”, declaró a ScienceAlert Oran Wasserman, biólogo molecular que completó su doctorado en la Universidad Estatal de Utah en el Laboratorio de Seda de Araña de Justin Jones.
“La seda ha evolucionado de forma independiente en numerosas ocasiones, con al menos 23 orígenes distintos sólo en insectos”, explicó Wasserman, incluyendo hormigas, abejas y avispas.
A principios de este año, Wasserman y su equipo se convirtieron en los primeros en crear una película de un tipo específico de seda de abeja, un importante primer paso para aprovechar el poder de este increíble material. En el mundo de los insectos, la seda se puede utilizar para todo tipo de cosas, desde la construcción de telarañas y nidos hasta el tejido de capullos. En el caso específico de las abejas, el objetivo es la protección.
“Las abejas sociales, como las abejas melíferas y los abejorros, producen seda para revestir las celdas de cría de sus colonias”, dijo Wasserman.
“Las abejas solitarias, que representan aproximadamente el 75% de todas las especies de abejas, hilan seda para construir capullos que les brindan protección contra los factores de estrés ambiental”.
Así es, alrededor de tres cuartas partes de todas las especies de abejas producen seda.
“La producción de seda está mucho más extendida en la naturaleza de lo que la mayoría de la gente cree”, afirma el biólogo molecular Oran Wasserman.
Los investigadores llevan 20 años estudiando las propiedades de las diferentes sedas de abeja, pero Wasserman y el laboratorio de Jones han ido un paso más allá al crear un método 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 resistente que el acero en proporción a su peso!), ha resultado increíblemente difícil reproducirla 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 tapa en forma de pezón en un extremo. Estos capullos son más resistentes de lo que parecen. Aunque ambos utilizan seda para fabricar capullos, los gusanos de seda y las abejas azules producen su seda de forma muy diferente. Un gusano de seda teje su capullo a partir de un único hilo continuo.
Según explicó Wasserman, la larva de abeja adopta un enfoque más arquitectónico. Ancla la seda a la pared de la celda del nido, la desplaza con los movimientos de su cabeza y la fija en un nuevo punto, repitiendo el proceso hasta quedar completamente encerrada.
El capullo resultante tiene solo unas pocas capas estructurales, pero estas trabajan juntas para equilibrar el intercambio de gases, la protección mecánica, la retención de humedad y la resistencia a los parásitos. Ese último punto es más importante de lo que parece.
Los capullos de abejas solitarias se enfrentan a una amenaza muy real: las avispas parasitoides. Estas avispas localizan los capullos de abejas mediante señales químicas y luego intentan perforarlos con un apéndice similar a una aguja para depositar sus huevos dentro de la abeja en desarrollo (¡qué asco!).
El capullo de seda de la abeja es, esencialmente, la única línea de defensa de la larva. Además de ser increíblemente resistente a las perforaciones (una propiedad que el Laboratorio Jones está estudiando activamente con un nuevo protocolo), el material también es flexible, antimicrobiano y transpirable.
Es precisamente la combinación que se busca en los materiales biomédicos de última generación, como suturas quirúrgicas, andamios para ingeniería de tejidos y textiles técnicos. Sin embargo, el reto para aprovechar estas propiedades consistía en recrear la seda fuera de la larva de la abeja.
Los primeros intentos de Wasserman consistieron en aislar fibras de seda individuales de capullos ya formados, pero el proceso fue laborioso y provocó que se rompieran muchas hebras. Así que 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 ello, 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 supervisa cada larva a diario e interviene en el momento exacto en que comienza a hilar, cuando los primeros hilos aún están sueltos y al alcance de la mano. Posteriormente, 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.
Una vez aisladas esas hebras, el equipo ha podido producir la seda desde cero, utilizando técnicas de biología molecular para insertar los genes objetivo en un microorganismo modificado genéticamente que los producía en el laboratorio. Posteriormente, purificaron las proteínas resultantes (llamadas fibroínas) y las vertieron en forma de películas transparentes y autoportantes.
Esta es la primera vez que se produce proteína de seda de abeja solitaria de esta manera y se transforma en un material. Si bien aún no se puede utilizar directamente para ninguna aplicación, esta técnica abre la puerta a un mayor estudio de la seda de abeja en diferentes especies. Por ejemplo, se sabe que la seda de las abejas melíferas es más elástica que la de las abejas frutícolas, y esta misma técnica podría utilizarse para recrear esa seda, o incluso mezclarla con otros materiales.
Eso es lo que Wasserman y su equipo están haciendo ahora con la seda de abeja: combinarla con algo aún más extraño: la baba de mixino.
Los mixinos son peces de aguas profundas, ancestrales y sin mandíbulas, que liberan una secreción viscosa cuando se sienten amenazados. Esta secreción se expande rápidamente en el agua de mar, obstruyendo las branquias de cualquier animal que los ataque.
Esa sustancia viscosa es una mezcla de moco y finos filamentos de proteína, y cuando esos filamentos se estiran y se secan, sus propiedades mecánicas se asemejan 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 potencialmente podrían combinarse para crear materiales que aúnen las mejores propiedades de cada uno.
“La seda se ha utilizado para diversos fines durante milenios”, dijo Wasserman. “Aun así, la mayor parte de la atención se ha centrado en un puñado de especies, principalmente el gusano de seda y las arañas”.
En el mundo de los insectos en general, la seda es sorprendentemente diversa, ya que la hilan muchas especies que varían en su composición y propiedades mecánicas… Pero, sorprendentemente, muchos aspectos, como su seda y sus capullos, siguen sin estudiarse lo suficiente.
“A medida que este campo siga avanzando, espero que muchas de esas preguntas abiertas empiecen a tener respuesta”.
La investigación ha sido publicada en PLOS One y SynBio.
Fuente: Science Alert.
