Onscheurbare shirts van spinnendraad voorlopig nog niet massaal in winkels

Spinnendraad is een van de sterkste materialen die de natuur te bieden heeft. Ja, een spinnenweb is makkelijk kapot te trekken, maar een bundel van datzelfde spinsel is sterk genoeg om het gewicht van een volwassen persoon te dragen. Daarom zijn zulke bundels ook geschikt als parachutetouw, liftkabels en zelfs om lichtgewicht kogelvrije vesten mee te maken. Bovendien veroorzaakt spinnendraad geen allergische reacties, waardoor het ook kan dienen als hechtdraad of geavanceerd verband.

Groeien op zonlicht en zeewater

Hoewel mensen het al sinds de negentiende eeuw proberen, levert het melken van spinnen weinig spinrag op en is bovendien een hels karwei. Daarom zoeken wetenschappers al jaren naar een manier om dit rekbare, plakkerige goedje op grote schaal na te maken, zonder het gepriegel met spinnen.

Eerder slaagden wetenschappers erin om spinnendraad te maken in onder andere de bacterie E. coli, gist, planten, zijderupsen en zelfs in genetisch gemodificeerde geiten. In het laatste geval isoleerden wetenschappers het spinrag uit de melk. Japanse onderzoekers komen nu met een alternatief: zij maakten spinrag in een fotosynthetische mariene bacterie. Dat melden ze in een publicatie in Communications Biology.

Het voordeel van spinragproductie in de mariene bacterie is dat zij hun energie, net als planten, uit zonlicht halen. Verder hebben ze alleen stoffen nodig die volop aanwezig zijn: zeewater, CO₂ en stikstof. Andere bacteriën en gist hebben voedsel nodig in de vorm van suikers en andere koolhydraten. Daarom vormt spinragproductie in mariene bacteriën een duurzaam en goedkoper alternatief.

De onderzoekers gebruikten de nog relatief onbekende mariene bacterie Rhodovulum sulfidophilum als hun spinnendraadfabriekje. Ze haalden het gen dat codeert voor spinrag uit de Amerikaanse zijdespin en plaatsten dat in de bacterie. Daarmee gaven ze de bacterie instructies om haar cel vol te bouwen met spinnendraad. Daarna was het een kwestie van de cellen kapot maken en het spinrag eruit zeven. Dat sponnen de onderzoekers vervolgens tot een zijden draad.

Bouwsteengrootte bepaalt de kracht

De kracht van spinnendraad zit hem in de grootte van de bouwsteen: het spinnendraadeiwit. Spinnen maken dit enorme eiwit door honderd kopieën van het spinnendraadgen achter elkaar te plakken. De Japanse biotechnologen gebruikten in hun onderzoek slechts zes herhalingen van het gen. Hun spinnendraad is daardoor een stuk minder sterk. Geen best startmateriaal voor een onscheurbaar shirt of bungeekoord.

Om een draad te maken die net zo krachtig is als echt spinnendraad, moeten de wetenschappers meer kopieën van het spinnendraadgen in de bacterie plaatsen. Dat is een extra uitdaging, want voor de bouw van spinrag heeft de bacterie grote hoeveelheden van het aminozuur glycine nodig. Wanneer de bacteriën zoveel van hun glycine inbouwen in spinrag, blijft er onvoldoende over voor hun eigen gebruik. Door dat tekort gaan de bacteriën dood en produceren dan ook geen spinrag meer. De onderzoekers kunnen in de toekomst wel het trucje toepassen dat Koreaanse biotechnologen tien jaar geleden in de bacterie E. coli gebruikten: zij lieten de bacterie meer glycine produceren door kleine aanpassingen in het DNA.

Het proces omdraaien

Gert-Jan Euverink, hoogleraar biotechnologie aan de Rijksuniversiteit Groningen ziet voordelen in spinragproductie met de mariene bacterie. Het feit dat ze in zout water groeien is gunstig volgens hem: “Weinig andere micro-organismen kunnen overleven bij zulke hoge zoutconcentraties, waardoor de groei van spinragproducerende bacteriën niet snel verstoord wordt door andere micro-organismen.”

Toch heeft de Groningse hoogleraar zijn twijfels. Het klinkt goed: bergen fotosynthetische bacteriën opkweken in zee als een soort bacteriekwekerij. Maar zo werkt het niet, waarschuwt Euverink: “Het gaat om genetisch gemodificeerde bacteriën en die mogen niet zomaar losgelaten worden in de natuur. Zelfs niet als ze in een dicht net zitten.” Als zo’n net toch breekt, spoelen de bacteriën vol spinrag de zee in waar ze zich blijven vermenigvuldigen. De enige plek waar ze mogen groeien is in het laboratorium. Dat betekent dat zo’n lab dicht bij de zee moet zijn om gemakkelijk nieuw zeewater aan te dragen voor de groei van de bacteriën.

“Misschien moeten we het via de andere kant benaderen”, oppert Euverink. “Niet de spinragproductie verplaatsen naar een fotosynthetisch micro-organisme, maar het mechanisme van fotosynthese verplaatsen naar een bacterie die eenvoudig spinrag kan maken.” Wetenschappers aan de universiteit van Amsterdam en Wageningen werken aan het optimaliseren van fotosynthese en kunstmatige fotosynthese. “Het zou mooi zijn om dat te combineren met deze toepassing”, zegt Euverink. “Zo kun je fotosynthetische E. coli bacteriën maken: dan heb je de voordelen van de duurzame fotosynthese die de Japanse onderzoekers omschrijven en het gemak om met E. coli te werken, waarmee de wetenschap al tientallen jaren ervaring heeft.”