Un groupe de scientifiques dirigé par des chercheurs du Centre RIKEN pour la science des ressources durables (CSRS) a examiné le précurseur soluble de la soie d'araignée et a découvert qu'un élément structurel jusqu'alors inconnu est la clé de la façon dont les protéines se forment dans la conformation de feuille bêta qui donne le soie sa force exceptionnelle.

La soie d'araignée est connue pour sa résistance et sa flexibilité exceptionnelles. Il est plusieurs fois plus résistant que l'acier, et pourtant est beaucoup plus flexible. Par conséquent, des efforts sont déployés par des scientifiques du monde entier pour essayer de développer des analogues qui pourraient être utilisés dans des applications industrielles et médicales. Cependant, bien qu'il soit connu que les feuilles bêta en soie d'araignée sont la clé de sa force, comment les feuilles sont formées est mal connue, rendant difficile la création de variantes artificielles. Une partie de la raison pour laquelle il est difficile de comprendre le mécanisme est que la soie est initialement créée sous forme de protéines solubles, qui cristallisent très rapidement sous une forme solide, et il a été très difficile d'analyser la forme soluble.

Pour élucider cela, les chercheurs du CSRS ont généré des protéines de soie à l'aide de bactéries génétiquement modifiées capables de produire de la soie à partir d'une toile d'araignée dorée (Nephila clavipes), puis effectué des analyses complexes des protéines solubles. Ils se sont particulièrement intéressés aux éléments répétitifs qui sont enfermés entre deux éléments terminaux bien caractérisés. Ils ont découvert que le domaine répétitif est composé de deux motifs :des bobines aléatoires et un motif appelé hélice de polyproline de type II. Il s'avère que le deuxième type est crucial pour la formation d'une soie solide.

Essentiellement, leurs études ont démontré que l'hélice de polyproline de type II peut former une structure rigide qui peut ensuite être transformée très rapidement en feuillets bêta, permettant à la soie d'être tissée rapidement. Curieusement, il s'est avéré que le pH - que l'on pense être important pour les interactions moléculaires des domaines N- et C-terminaux - ne joue pas un rôle important dans le repliement des domaines répétitifs, et que c'est plutôt l'élimination de l'eau et des forces mécaniques lorsque le précurseur se déplace à travers la glande à soie.

Selon Nur Alia Oktaviani, le premier auteur de l'étude, "Nous avons eu la chance de pouvoir utiliser une combinaison de méthodes puissantes, y compris la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état de solution, spectroscopie de dichroïsme circulaire en UV lointain, et spectroscopie de dichroïsme circulaire vibrationnel, pour analyser la protéine avant qu'elle ne forme les feuillets bêta. C'était très satisfaisant de découvrir cette conformation spéciale qui conduit à la formation des feuilles bêta."

Selon Keiji Numata, qui est chef de projet de JST ImPACT et a dirigé le groupe de recherche, "La soie d'araignée est une matière merveilleuse, car il est extrêmement résistant mais ne contient pas de substances nocives et est facilement biodégradable, il n'exerce donc aucune charge nocive sur l'environnement. Nous espérons que cette découverte contribuera à rendre possible la création de soie artificielle qui s'avérera utile pour la société."