Des chercheurs de la Northwestern University et de la San Diego State University (SDSU) ont mieux démêlé le processus complexe par lequel les araignées veuves noires transforment les protéines en fibres résistantes à l'acier. Cette connaissance promet d'aider les scientifiques à créer des matériaux synthétiques tout aussi solides.

Araignées veuves noires et leurs proches, originaire des climats tempérés d'Amérique du Nord, L'Europe , Asie, Australie, Afrique et Amérique du Sud, produire une gamme de soies aux propriétés de matériaux exceptionnelles.

Les scientifiques connaissent depuis longtemps la séquence primaire des acides aminés qui composent certaines protéines de la soie d'araignée et ont compris la structure des fibres et des toiles. Des recherches antérieures ont émis l'hypothèse que les protéines de soie d'araignée attendent le processus de filage sous forme de micelles sphériques amphiphiles de taille nanométrique (amas de molécules hydrosolubles et non solubles) avant d'être acheminées à travers l'appareil de filage de l'araignée pour former des fibres de soie. Cependant, lorsque les scientifiques ont tenté de reproduire ce processus, ils étaient incapables de créer des matériaux synthétiques avec les forces et les propriétés des fibres de soie d'araignée indigènes.

« Le fossé des connaissances était littéralement au milieu, " Nathan C. Gianneschi de Northwestern a déclaré. "Ce que nous n'avons pas complètement compris, c'est ce qui se passe à l'échelle nanométrique dans les glandes à soie ou le canal de filature - le stockage, processus de transformation et de transport impliqués dans la transformation des protéines en fibres."

Gianneschi est professeur Jacob et Rosaline Cohn au département de chimie du Weinberg College of Arts and Sciences et aux départements de science et génie des matériaux et de génie biomédical de la McCormick School of Engineering. Lui et Gregory P. Holland, professeur agrégé au département de chimie et biochimie de SDSU et auteur de plus de 40 articles sur la soie d'araignée, sont les auteurs co-correspondants de l'article.

La recherche sera publiée en ligne la semaine du 22 octobre dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) .

Utilisant des compléments, techniques de pointe — spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), la même technologie utilisée en IRM, au SDSU, suivi d'une microscopie électronique à Northwestern - l'équipe de recherche a pu voir de plus près à l'intérieur de la glande protéique d'où proviennent les fibres de soie, révélant un bien plus complexe, assemblage hiérarchique de protéines.

Cette "théorie modifiée des micelles" conclut que les protéines de soie d'araignée ne sont pas au départ de simples micelles sphériques, comme on le pensait auparavant, mais plutôt complexe, micelles composées. Cette structure unique est potentiellement nécessaire pour créer les fibres impressionnantes de l'araignée veuve noire.

"Nous savons maintenant que les soies d'araignées veuves noires sont filées à partir de nano-assemblages hiérarchiques (200 à 500 nanomètres de diamètre) de protéines stockées dans l'abdomen de l'araignée, plutôt que d'une solution aléatoire de protéines individuelles ou de simples particules sphériques, ", a déclaré Hollande.

En cas de duplication, « les applications pratiques d'un matériau comme celui-ci sont essentiellement illimitées, " Holland a dit, et pourrait inclure des textiles haute performance pour l'armée, premiers intervenants et athlètes; matériaux de construction pour ponts à câbles et autres constructions; remplacements respectueux de l'environnement pour les plastiques; et applications biomédicales.

"On ne peut pas surestimer l'impact potentiel sur les matériaux et l'ingénierie si nous pouvons reproduire synthétiquement ce processus naturel pour produire des fibres artificielles à grande échelle, " dit Gianneschi, qui est également directeur associé de l'Institut international de nanotechnologie et membre du Simpson Querrey Institute et du Chemistry of Life Processes Institute de Northwestern. "Tout simplement, ce serait transformateur."

Les PNAS L'article s'intitule « Nanoparticules micellaires hiérarchiques Spidroin en tant que précurseurs fondamentaux des soies d'araignées ».