Una araña genéticamente modificada para fabricar supermateriales revolucionarios

Por primera vez en la historia, investigadores financiados por la Marina de Estados Unidos han usado la técnica CRISPR para hacer que arañas domésticas produjeran seda fluorescente roja. Puede parecer un capricho científico inconsecuente, pero el avance será clave para modificar las propiedades de la seda y crear nuevos materiales que pueden revolucionar la industria, desde la fabricación textil y la cirugía a la tecnología aeroespacial.

El equipo de la Universidad de Bayreuth, Alemania, liderado por el catedrático Thomas Scheibel, logró aplicar por primera vez la herramienta de edición genética CRISPR-Cas9 en arañas. El estudio, publicado en el diario científico Angewandte Chemie, demuestra cómo esta tecnología introduce modificaciones que alteran las extraordinarias propiedades de la seda de las arañas para convertirse en un supermaterial.

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Qué han conseguido

Los científicos inyectaron una solución con los componentes de CRISPR-Cas9 —una herramienta molecular que actúa como ‘tijeras genéticas’ para cortar y modificar secuencias de ADN—en las hembras de Parasteatoda tepidariorum, una especie común de araña doméstica. Para facilitar el proceso, las arañas fueron anestesiadas con dióxido de carbono y sujetas manualmente bajo un microscopio. La solución, que incluía además un gen que codifica una proteína roja fluorescente (mRFP), se introdujo en los huevos situados en el abdomen de las hembras antes de que se apareasen.

Lograr esto no fue sencillo. Sus genomas son complejos y su desarrollo embrionario —con etapas de migración celular únicas— dificulta la edición genética. De hecho, sólo el 7% de las puestas contenía descendencia modificada, una eficiencia baja pero habitual en especies con muchas crías. Además, la naturaleza caníbal de las arañas obliga a criarlas en aislamiento.

El objetivo del experimento era doble: por un lado, desactivar el gen sine oculis (responsable del desarrollo de todos los ojos de la araña) para estudiar su función; por otro, insertar el gen de la proteína fluorescente en el gen que produce la seda de las glándulas ampuladas mayores, las encargadas de fabricar el hilo que usan las arañas para desplazarse y cazar.

En los ejemplares modificados, la desactivación del gen sine oculis provocó la pérdida total o parcial de los ojos, confirmando su papel esencial en el desarrollo visual. “Sin este gen, las arañas no forman estructuras oculares, aunque la córnea se desarrolla con normalidad”, explica Scheibel.

Pero lo fundamental para el futuro de la industria es la modificación de la seda. El gen de la proteína fluorescente inyectado se integró con éxito en el gen MaSp2, uno de los dos componentes principales de la seda ampulada. Esto hizo que las fibras producidas por las arañas modificadas brillasen en color rojo bajo luz ultravioleta. Como dice Edgardo Santiago-Rivera, autor principal del estudio bajo la dirección de Scheibel, “hemos demostrado que es posible añadir funciones específicas a la seda sin alterar su estructura”.

Por qué es importante

La seda de araña es uno de los materiales naturales más resistentes: puede soportar hasta 1,7 gigapascales de tensión, por debajo de materiales sintéticos como el kevlar, pero con mayor elasticidad. Hasta ahora, modificar sus propiedades requería manipularla en un laboratorio tras extraerla, un proceso costoso y difícil de escalar. Este estudio prueba que es posible alterarla directamente en el organismo, abriendo la puerta a diseñar sedas a la carta con propiedades mejoradas para diferentes tipos de industria. “La seda modificada podría ser clave en la transición hacia materiales sostenibles”, apunta Santiago-Rivera.

En medicina, podrían desarrollarse hilos quirúrgicos más resistentes o andamios para regenerar tejidos. En la industria textil, fibras ultraligeras para chalecos antibalas. Incluso en aeronáutica y tecnología espacial, se podría usar para crear materiales compuestos para fabricar aviones más eficientes y naves más resistentes y ligeras. Las aplicaciones son infinitas en cualquier industria que requiera un material ultrarresistente, ultraligero, y ultraflexible. “El siguiente paso es insertar genes que refuercen la seda o le den capacidad de conducir electricidad”, afirma Scheibel. No es de extrañar que el estudio haya sido financiado por la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos, por su potencial uso militar.