BIOMATERIALES

¿En qué se parecen un calamar y una araña?

Las proteínas de los dientes succionadores del cefalópodo son similares a las de la resistente telaraña. Los científicos tratan de aprovecharlas para fabricar nuevos materiales.

Imágenes con microscopio electrónico de barrido de un calamar y una araña
Imágenes con microscopio electrónico de barrido de un calamar y una araña James Weaver y Nadine Dupérré

El calamar tiene más cosas en común con la araña de lo que podríamos pensar, según los resultados presentador por el equipo de la investigadora Akshita Kumar, en la edición número 60 de la reunión anual de la Sociedad de Biofísica. Los dientes afilados como cuchillas que rodean las ventosas de algunos tentáculos de calamar, aseguran, están formados por proteínas muy similares – y en alguna forma incluso superiores – a las que se encuentran en las resistentes sedas que producen las arañas. Estas proteínas, que se llaman succionadoras (‘suckerins’), le dan a los dientes su fuerza y elasticidad, y en un futuro podrían utilizarse como base para biomateriales con muchísimas aplicaciones potenciales en biomedicina. 

Se trata de estructuras termoplásticas, que cambian con el calor 

Con la esperanza de poder utilizar la fuerza de las proteínas succionadoras, el equipo de Kumar está descifrando sus estructuras moleculares. En su último trabajo, el grupo ha descubierto que las proteínas succionadoras se componen de lo que se conoce como redes de beta-sábanas de polímeros, lo que hace que los dientes tengan tanta fuerza. Los investigadores también han descubierto que estas redes son termoplásticas, lo que significa que se derriten cuando se calientan y se endurecen cuando se enfrían. Esto hace que el material sea moldeable y reutilizable, como los polímeros sintéticos termoplásticos que se utilizan para hacer tuberías de PVC. 

“Las proteínas succionadoras son una combinación única de propiedades mecánicas y biofísicas que parecen hacerlas mejores que otros polímeros sintéticos o naturales”, afirma Kumar. “Y este material nos da un nuevo paradigma, ya que un biomaterial fuerte puede estar completamente hecho de proteínas, sin la necesidad de añadir una segunda fase rígida, por ejemplo un mineral como en el hueso, para fortalecerla”. 

Para investigar la arquitectura de las succionadoras a nivel molecular, los investigadores utilizaron un sistema de expresión bacteriana recombinante para producir la proteína succionadora más abundante, conocida como Suckerin-19 y presente en la corona del anillo dental del calamar gigante. Después utilizaron una combinación de técnicas biofísicas e informáticas para determinar la estructura en 3D de la proteína disuelta. Las sedas también forman estas redes de beta-sábanas de polímeros y se están estudiando como patrones potenciales para sedas sintéticas que imiten a sus homólogas naturales. “Pero las proteínas de la seda son difíciles de producir y procesar”, afirma Kumar. Las proteínas succionadoras, sin embargo, tienen un menor peso molecular, y dada su termoplasticidad, podría ser más fácil fabricarlas en el laboratorio y procesarlas de una forma más ecológica para convertirlas en biomateriales utilizables. 

Estas proteínas son mejores que otros polímeros sintéticos o naturales 

Los anteriores resultados de este equipo de investigadores se habían publicado ya parcialmente en varias revistas, incluyendo ACS Nano, Nature Communications, Nature Biotechnology y Advanced Materials. El equipo planea centrarse ahora en describir la estructura de otras proteínas succionadoras – hay 21 – y su auto ensamblaje. Y también están explorando varias aplicaciones biomédicas, por ejemplo utilizar este biomaterial como anclaje para cultivar tejidos y fibras como las de los ligamentos artificiales

Aunque estas aplicaciones todavía están lejos de poder ser viables comercialmente, Kumar afirma que la investigación de proteínas succionadoras en el laboratorio y la utilización de los posibles descubrimientos para producir sustratos ecológicos y reciclables inspirados por ellas, es fundamental para su futuro desarrollo. 

Referencia: Squid suckerin proteins in bits & bytes (60th annual meeting of the Biophysical Society)



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