Kanadische Biotechniker haben ein Verfahren zur Gewinnung von künstlicher Seide entwickelt: Tiere liefern Eiweißstoffe für starke Fasern

Kanadische Biotechniker haben ein Verfahren zur Gewinnung von künstlicher Seide entwickelt
Tiere liefern Eiweißstoffe für starke Fasern

Stark wie Stahl und doch duftig wie Seide. Was die Natur mit dem Spinnenfaden vormacht, ist Forschern jetzt erstmals auch im Labor gelungen. Biotechniker in den USA und Kanada haben einen Faden aus Proteinen hergestellt, der beinah so reißfest, elastisch und leicht ist wie sein Vorbild aus der Natur.

HB MONTREAL/NATICK. Materialforschern der kanadischen Firma Nexia Biotechnologies Inc. ist es gemeinsam mit Kollegen des US Army Solider Biological Chemical Command aus den USA gelungen, spinnbare Seidenproteine herzustellen. Dazu haben sie die genetische Information für die Eiweißbildung aus dem Erbgut zweier Spinnenarten in Säugetierzellen verpflanzt. Diese begannen daraufhin, die Proteine herzustellen. Die Seidenproteine ließen sich später aus einer wässrigen Lösung zu feinen, gleichmäßigen Seidenfasern ziehen. Die Fasern mit der Produktbezeichung "Biosteel" sind wasserfest und rund fünfmal stärker als Stahl, berichten die Forscher in dem Fachblatt Science. In punkto Elastizität hinkt die künstliche Spinnenseide der Natur allerdings noch hinterher: Sie erreicht nur die Dehnbarkeit von Nylon.

Der Faden aus dem Labor ist jedoch biologisch abbaubar, und bei seiner Herstellung kann - anders als bei vielen Synthetikfasern - auf umweltschädliche Lösemittel verzichtet werden. Die Faser eigne sich für medizinische und militärische Zwecke ebenso wie für das Herstellen technischer Gewebe, so die Forscher. "Spinnen-Eiweiß verursacht bei Menschen keine allergische Reaktion. Es ist deshalb für eine Anwendung in der Medizin hervorragend geeignet", sagt Udo Conrad vom Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben. Sein Team hatte Spinnenproteine relativ erfolgreich in Tabakpflanzen vermehrt. Inzwischen ist das Institut eine Kooperation mit Nexia eingegangen, um die Forschung zu optimieren.

Die künstlichen Seidenfäden sind stärker als Stahl

Für die kanadischen Forscher bestand die größte Schwierigkeit darin, aus der Lösung mit Seidenproteinen gleichmäßige, spinnbare Fasern zu ziehen. Andere Foschungsteams waren daran bislang gescheitert: Sie verpflanzten Spinnengene in andere Organismen - von Bakterien über Hefezellen bis zu Pflanzen. Sie erhielten zwar die gewünschten Proteine, diese waren allerdings wasserunlöslich oder innerhalb der Zellen so verklumpt, dass selbst das gereinigte Material nur zu wenig brauchbaren, kurzen Fasern verarbeitet werden konnte. Das Nexia-Team hingegen setzte auf tierische Zellen. Wie die Spinndrüsen der Spinnen bringen spezialisierte Zellen die Proteine in einer wässrigen Lösung hervor. Aus der Drüse herausgestoßen, ordnen sie sich selbst zu regelmäßigen Fasern an.

Die Forscher verpflanzten die genetische Information für die Seidenproteine in die Nierenzellen von Hamstern und Euterzellen von Kühen. Beide Zellkulturen lieferten die gewünschten Seideneiweiße in die umgebende wässrige Lösung, wo diese einfach gewonnen werden konnten. Gemeinsam mit Biologen der US Army gelang es schließlich auch, die Funktion der Spinnendrüsen nachzuahmen: Durch eine extrem feine Spritze werden die Proteine aus der wässrigen Lösung in eine methanolhaltige Lösung gespritzt. Dort beginnen sich die Moleküle zu kontinuierlichen Fasern anzuordnen. Und je stärker die Forscher am Faden ziehen, desto reißfester werden die Fasern. Auch dies haben sie der Natur abgeschaut: Denn beim Spinnen lässt sich die Spinne an ihrem Faden herunterfallen.

Um ausreichende Mengen für industrielle Anwendungen liefern zu können, haben die Nexia-Forscher nun die Spinnengene in das Erbgut von Ziegen gepflanzt. Ihre Euter sollen ab Sommer die begehrten Proteine liefern: Frisch gemolken kommen sie dann in die Spinnerei.

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