Spinnenseide wird für ihre unübertroffene Stärke und Zähigkeit geschätzt. Aber einen Weg zu finden, es in Massenproduktion herzustellen, ist keine leichte Aufgabe. Spinnen können nicht wie Seidenraupen damit beschäftigt werden, die Fasern auszupumpen: Sie sind äußerst territorial und neigen dazu, ihre Nachbarn zu fressen, und sie weigern sich, diese Aufgabe lange zu erfüllen. Daher versuchen Wissenschaftler seit Jahrzehnten, verschiedene Organismen – darunter Bakterien, Hefen, Mäuse, Hamster und sogar Ziegen – gentechnisch zu manipulieren, um Spinnenseide herzustellen, allerdings mit nur teilweisem Erfolg.
Nun ist es Forschern aus China erstmals gelungen, aus gentechnisch veränderten Seidenraupen reine Spinnenseide zu gewinnen. Das Material sei sechsmal so robust wie das in kugelsicheren Westen verwendete Kevlar, berichtet das Team am 4. Oktober Gegenstand.
Die Fasern weisen „bessere mechanische Eigenschaften auf, als irgendjemand sonst nachweisen konnte“, sagt der Molekularbiologe Randy Lewis, ein Spinnenseide-Experte an der Utah State University in Logan, der nicht an der Studie beteiligt war.
Die Fäden sind nicht so stark oder dehnbar wie natürliche Spinnenseide, aber sie sind ein Fortschritt (SN: 07.11.08). Frühere Arbeiten an Seidenraupen führten zu schwächeren Fasermischungen mit nur 30 bis 50 Prozent Spinnenseide.
In der neuen Studie verwendeten die Forscher das Genbearbeitungstool CRISPR/Cas9, um die vollständigen Anweisungen zur Herstellung von Spinnenseidenprotein in Seidenraupen einzufügen und sicherzustellen, dass das Protein in die Seidenproduktionsdrüsen der Seidenraupen gelangt. Dadurch konnte das Team die natürliche Maschinerie des Insekts nutzen. Durch die Züchtung der gezwickten Seidenraupen entstanden dann einige, die das Spinnenseiden-Gen von beiden Eltern geerbt hatten, was bedeutete, dass sie reinere Spinnenseide produzieren konnten.
Wenn die Seide es eines Tages aus dem Labor schafft, könnten Ärzte damit besonders robuste Nähte nähen. Polizisten könnten stärkere Panzerwesten tragen. Und eine umweltfreundlichere Faser könnte herkömmliche Kunststoffe wie Nylon und Polyester ersetzen.
„Spinnenseide ist eine strategische Ressource, die dringend erkundet werden muss“, sagte Junpeng Mi, ein synthetischer Biologe von der Donghua-Universität in Shanghai, in einer Pressemitteilung. Mi schätzt, dass allein die chirurgische Anwendung von Spinnenseide Millionen Menschen weltweit helfen könnte.
Doch die Massenproduktion von Spinnenseide stößt auf Hürden. Mi und Kollegen müssen zunächst bestätigen, dass die genetischen Veränderungen, die sie bei den Seidenraupen hervorgerufen haben, mehrere Generationen anhalten werden. Ist dies nicht der Fall, müssen die Hersteller den Entwicklungsprozess möglicherweise regelmäßig beschleunigen.
Die Forscher würden sich auch den gleichen Herausforderungen stellen wie traditionelle Seidenraupenzüchter, einschließlich der Gewährleistung der Gesundheit der Insekten. Der Biologe Justin Jones, ein weiterer Spinnenseidenforscher an der Utah State University, weist darauf hin, dass Seidenraupen bekanntermaßen anfällig für Infektionen sind.
Selbst wenn die Seidenraupen gesund sind, können diese Fabrikarbeiter unterschiedliche Seidenfasern herstellen. „In der Seidenwelt besteht das eigentliche Problem, wie wir herausgefunden haben, darin, dass es Hunderte und Aberhunderte von Seidenraupenstämmen gibt, die in Farmen verwendet werden, und … sie bieten nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften“, sagt Lewis.
Dennoch sind Seidenraupen einer der attraktivsten Kandidaten für diese Art der Gentechnik. Die meisten anderen veränderten Lebewesen ernähren sich nur von geringen Mengen verwertbarer Ballaststoffe, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass ihre Enzyme die DNA zerhacken, die für das Spinnenseidenprotein verantwortlich ist (SN: 02.04.19).
Und das Abpumpen von Protein ist nur ein Teil des Prozesses; Spinnen lösen das Protein dann in einer Flüssigkeit namens Dope auf und verwandeln die resultierende Masse in eine feste Faser. Obwohl die Arbeit mit Seidenraupen schwierig sein kann, umgehen die Würmer beide Herausforderungen: Ihr Körper ist bereits an die Seidenproduktion gewöhnt.
Für die Zukunft hofft Mis Team, noch stärkere und dehnbarere Fasern zu entwickeln. Mi geht davon aus, dass die Forscher durch den Einbau künstlicher Aminosäuren in das Spinnenseidenprotein möglicherweise sogar die Obergrenzen der Naturfaser überschreiten könnten.