Warum können wir keine Spinnenseide herstellen?

Als du das letzte Mal ein Spinnennetz aus dem Fenster geschlagen hast, hast du wahrscheinlich nicht gedacht: "Ich wünschte, ich hätte eine Krawatte aus diesem Zeug gemacht." Wissenschaftler denken jedoch, dass Spinnwebenkrawatten und Spinnweben viele andere Dinge ziemlich nützlich wären. Sie versuchen seit Jahrzehnten, Spinnenseide in Massenproduktion herzustellen, aber sie haben immer noch nicht ganz herausgefunden, wie man das macht. Was hat es also mit dem feinen, dehnbaren Material auf dem Rücken einer Spinne auf sich, das sie zu einer solchen Fertigungsherausforderung macht? Und vor allem, warum denken Wissenschaftler, dass es sich überhaupt lohnt, dies zu tun?

Wenn Ihnen die Idee, die Sekrete eines Gliederfüßlers zu ernten und zu verwenden, vage bekannt vorkommt, dann deshalb, weil der Mensch es bereits tut. Seit rund 5.000 Jahren verwenden wir Seidenraupe für die Herstellung von Kleidung und Textilien. Und das ist eigentlich ziemlich einfach, denn Seidenraupen können in Gruppen gehalten werden. Sie produzieren auch viel Seide - jeder spinnt einen Kokon aus einem einzelnen Strang, der bis zu 1.000 Meter lang sein kann. Seidenraupenseide ist zäh, aber Spinnenseide ist stärker und dehnbarer und sollte in der Theorie viel vielseitiger sein.

Die Dragline-Seide einer Spinne, mit der sie heimlich auf Ihr Gesicht fällt, während Sie schlafen, ist leicht und stärker als Stahl. Wir könnten alle möglichen Dinge aus Spinnenseide herstellen, wie Brückenkabel, kugelsichere Westen, Flugzeuge und biologisch abbaubare Flaschen. Mit ihren antimikrobiellen Eigenschaften hat die Spinnenseide auch medizinisches Potenzial. Wir können Seide zur Wundbehandlung verwenden, und Forscher arbeiten an Möglichkeiten, mit ihr gebrochene Knochen zu reparieren. Warum also nicht einfach eine Armee von goldenen Kugelweberinnen aufstellen, um ein endloses Angebot an Wunderweb zu spinnen?

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Nun, abgesehen davon, dass es sich um eine Art schreckliche Idee handelt, ist es einfach nicht so einfach. Jede Spinne benötigt viel Platz, um ihr Netz aufzubauen. Die Menge an Seide, die eine einzelne Spinne produziert, ist im Vergleich zu einer einzigen Seidenraupe ziemlich armselig, und Spinnen essen auch gerne ihre Netze, wenn sie damit fertig sind. Sie sind auch zutiefst territorial, und sie neigen dazu, Eigentumsstreitigkeiten zu lösen, indem sie sich gegenseitig essen, was die Spinnenzucht nicht sehr praktisch macht. Sie sind einfach keine sozialen Tiere.

Wenn wir also die Kraft der Spinnenseide nutzen wollen, müssen wir Wege finden, sie herzustellen. Was, wie sich herausstellt, auch nicht einfach ist. Hier ist, wie Spinnen es machen: Sie speichern Proteine namens "Spidroine" in einer flüssigkristallinen Lösung namens "Dope". Während das Dope durch einen Kanal im Bauch der Spinne fließt, bilden die Spidroine Ketten und andere Strukturen. Wenn die Spinne das Dope durch ein Spinnventil in ihrem Körper zieht, trocknet es zu einer spinnbaren Faser, die dann strategisch in der Luft bleibt, wo Sie höchstwahrscheinlich einfach hineinstolpern und wie "oh mein Gott! OH MEIN GOTT!" Um also selbst Seide herzustellen, müssen wir nicht nur einen Weg finden, den Stoff zu replizieren - wir müssen auch herausfinden, wie man ihn spinnt.

Es gibt ein paar Möglichkeiten, wie wir das angehen können. Wir könnten Dope direkt von Spinnen nehmen. Oder wir könnten Bakterien oder andere Organismen konstruieren, um für uns Dope herzustellen. Beide Alternativen haben Probleme. Einzelne Spinnen - auch riesige - können uns nicht wirklich eine nützliche Menge an Dope geben. Und winzige Bakterien werden Schwierigkeiten haben, die größeren Spidroin-Proteine abzusondern. Wenn es anderen Organismen gelingt, Spidroin-Proteine zu produzieren, sind sie einfach nicht so gut wie die echten. Die Wahrheit ist, dass wir einfach nicht genug über die Spidroin-kodierenden Gene oder den biologischen Prozess der Umwandlung von Dope in Seide wissen.

So können wir uns nähern, was die Spinne macht, aber wir können es nicht genau kopieren. Wir rücken näher, und einige Unternehmen haben sogar Erfolg verkündet, obwohl es schwer zu wissen ist, wie nah ihre Produkte an der Realität sind, weil sie normalerweise nicht gerne diese Art von proprietären Informationen teilen. Bisher haben Forscher Seidenraupen entwickelt, die das Spinnenseidengen tragen.

Aber die Würmer produzieren auch keine Spinnenseide, nur bessere Seidenraupe. Und in den frühen 2000er Jahren, ein Unternehmen gentechnisch veränderte Milchziegen, die Orbitalweber Seidenprotein in ihrer Milch produzieren. Aber Sie mussten es noch in den Faden drehen, und das Unternehmen ging schließlich in Konkurs, wobei andere Wissenschaftler einen Teil dieser Forschung übernahmen.

Ein anderes Unternehmen verwendet ein Hefefermentationsverfahren zur Herstellung von Spinnenseidenprotein, dessen Seide jedoch mit Wolle oder Zellulose stabilisiert werden muss. Diese Firma hat ihren revolutionären Prozess genutzt, um - darauf wartend - wirklich, wirklich, wirklich, teure Krawatten und Hüte herzustellen. Und sie haben nur 50-100 Stück hergestellt, so dass die Seide nicht gerade in Massenproduktion ist.

Es gibt also noch viele Hürden zu überwinden, bevor wir überhaupt genug Spinnenseide für eine gleichmäßige Versorgung mit Hüten herstellen können, geschweige denn sie in kugelsichere Westen und Brückenkabel verwandeln. Aber wenn wir nur einen praktischen Weg finden könnten, um eine anständige Menge davon zu produzieren, werden wir ein ziemlich tolles Material an unseren Händen haben.