16 de noviembre de 2007

Notas sobre las telarañas, las cabras araña y los usis de las telas

Uno de los materiales más sorprendentes de la naturaleza, la poseen algunos grupos de la clase Arachnida, y en especial el Orden Araneae ( las arañas ) y es precisamente la estructura de seda que estas producen, la telaraña. Esta seda la fabrican dentro de su cuerpo, en unos órganos especiales extrusores llamados glándulas de seda o hileras que se localizan en la parte posterior del abdomen. Esta capacidad de fabricar fibras sedosas, la comparte con las orugas de Lepidópteros como poro ejemplo Bombyx mori, el gusano de seda.

La seda de la araña está compuesta por una proteína globular líquida (fibroína) que al ser eyectada, sufre un proceso de desnaturalización (proceso en el cual se cambia la estructura primaria, globular en este caso, a una estructura fibrosa, como cuando en un huevo de gallina, la clara del huevo está en su estado nativo coloidal y al cocinarla, pasa al estado coagulado blanco. El uso que da la araña a la sedas es principalmente la construcción de trampas para conseguir alimento, hábito perfeccionado por la evolución, adquirido a través de millones de años, no así el gusano de seda que lo produce principalmente para construir su hogar, también se diferencian estos animales porque el hombre no ha encontrado todavía una forma eficaz de aprovechar el producto biotecnológico de la araña, como si lo ha hecho con el gusano de seda.

La araña sigue un patrón específico para construir su telaraña y este es uno de los criterios empleados para su clasificación taxonómica. Las arañas construyen sus telas en lugares abiertos por donde pasan sus presas con frecuencia, puede ser entre las ramas de algún árbol, entre arbustos, rocas, ramas. Empiezan a construirla, dejando caer libremente un filamento con un extremo pegajoso hasta que se pega al sustrato, después, con ella realiza el resto de los trazados dependiendo de los soportes disponibles, disponiéndolos principalmente en forma diagonal, la araña parte del centro en forma espiral para afuera, reforzándolo con una pequeña espiral en el centro, antes de producir las espirales definitivas, la araña forma una espiral provisional dirigida hacia afuera, que utiliza como guía para elaborar otra de mayor viscosidad, desde afuera hacia adentro. Los filamentos más viscosos se disponen en la parte central que sirve para atrapar a sus presas en pleno vuelo, mientras en los extremos, la tela es más seca, adaptada para que la araña camine libremente. Cuando en la tela cae una presa, la araña tiene que acercarse para atraparla y para ello posee un mecanismo para no quedar adherida en su propia tela, y es que en sus patas, secreta un aceite especial. Al terminar su tela, la araña se queda en el centro o escondida en una hoja lateral, aunque unida a la tela por un filamento que le transmite las vibraciones que originan los esfuerzos por escapar de los insectos atrapados, ésta los percibe y se acerca a su encuentro.

Volviendo al campo de la aplicación de las telarañas, la biotecnología actual está dando pasos agigantados al encontrar técnicas de producción masiva de estos materiales para diferentes usos tecnológicos. Hasta ahora, la producción a escala comercial de esta fibra había sido muy difícil, ya que a diferencia de los gusanos que producen seda los hábitos de las arañas las convierten en seres bastante antisociales, por lo que no sería posible criarlas en grandes granjas especializadas. Sin embargo, este obstáculo podría quedar atrás gracias a un proyecto de la empresa canadiense Nexia Technologies. Nexia es uno de los líderes mundiales en biotecnología de animales, y hace un par de años, había desarrollado una estirpe de cabras de rápido crecimiento denominadas cabras BELE (Breed Early - Lactate Early, o "crianza rápida - producción de leche rápida"). "Bele" es una palabra de origen bantú, que designa las ubres de las vacas y cabras, y también significa "ternura" o "suavidad", una denominación adecuada para las pequeñas cabras de Nexia, que alcanzan la madurez sexual cuando tienen de 3 a 6 meses de edad (a diferencia de los 8 meses mínimos requeridos en las razas normales) y son de menor tamaño que las cabras habituales, por lo que requieren menores cantidades de alimento. Las cabras BELE se criaron con destino a la fabricación industrial rentable de grandes cantidades de proteínas y otros compuestos en la leche. La fibroína de la seda de araña será la primera de estas proteínas, si bien la empresa tiene en proyecto aplicar el mismo método a la producción de otras proteínas de interés comercial, tales como insulina, colágeno, hormona del crecimiento, factores de coagulación sanguínea o anticuerpos monoclonales. Las posibilidades son casi infinitas.

El proceso de obtención de una cabra modificada para fabricar seda de araña resulta, en realidad, bastante sencillo. En primer lugar, se parte del gene de la fibroína de la seda, aislado a partir del genoma de una araña. Para ello se han utilizado genes de dos especies de arañas muy comunes, que se pueden encontrar fácilmente en el proverbial patio trasero: Araneus diadematus, la araña de jardín común europea, y Nephila clavipes, la araña tejedora dorada, que vive en América Central y el Sur de Estados Unidos. A continuación, se inserta este gene, conteniendo la información para fabricar la fibroína, en un plásmido, con un promotor adecuado para que las células de mamífero sean capaces de reconocer el gene como propio. En tercer lugar, este plásmido se inserta en el núcleo de una célula epitelial de cabra, añadiendo así el gene de la fibroína al genoma de la cabra.

Nephila clavipes

Nexia ha conseguido, hasta ahora, obtener células epiteliales mamarias de cabra con el gene insertado, capaces de producir estas fibras biosintéticas. Para dar el paso hacia una cabra transgénica, el núcleo celular modificado se inyectará, empleando las técnicas recientemente desarrolladas de clonación de mamíferos, en un embrión de cabra, que a su vez se implanta en el útero de una cabra adulta para que se lleve a cabo su desarrollo. El animal que nacerá será una cabra transgénica, modificada para que la leche que produzca cuando sea adulta contenga grandes cantidades de fibroína, a partir de la cuál se obtendrán fibras de seda de araña. Estas fibras se podrán hilar mediante los métodos convencionales de la industria textil, para obtener tejidos de elevada elasticidad y resistencia con interesantes aplicaciones médicas, tecnológicas y militares.

El intento de la fabricación de seda de araña en cabras es únicamente el más reciente y, quizás, el más espectacular, pero en ningún caso es el único. Muchos compuestos y materiales biológicos se producen ya comercialmente empleando distintos tipos de seres vivos como reactores. Los cultivos de bacterias son los biorreactores (reactores vivos) más empleados. Los primeros compuestos producidos con fines comerciales en el interior de células bacterianas fueron la insulina y la hormona del crecimiento humanas, pero hoy en día la lista asciende a casi un centenar de proteínas y otros compuestos. La compleja maquinaria enzimática de las células vivas sirve para llevar a cabo complicadas síntesis químicas que serían muy laboriosas de realizar en el laboratorio, o imposibles en muchos de los casos más problemáticos. Sin embargo, las bacterias no son suficientes, como se ha podido comprobar en el caso de la seda de araña, y muchas moléculas complejas necesitan de un biorreactor constituido, según los casos, por un animal o una planta. Ya se están logrando los primeros éxitos empleando cabras, conejos, ratones, vacas, cerdos, ovejas e incluso pollos transgénicos. En muchos casos se logra la acumulación de grandes cantidades de la proteína deseada en la leche (o en los huevos, en el caso de los pollos), de donde únicamente hace falta extraerla y purificarla para su comercialización.

Económicamente es a menudo rentable y el proceso de producción casi siempre resulta ser más amigable con el medio ambiente que las complicadas síntesis químicas. Además, el daño o maltrato causado a los animales es prácticamente nulo. Seguramente, en los próximos años seremos testigos de un cambio radical en el concepto de fabricación de muchos compuestos químicos, en los que los animales transgénicos clonados serán los protagonistas principales. Las cabras-araña es tan sólo el comienzo.

Otra idea de usar la tela de las arañas es como material ultrarresistente. La compañía alemana Ormecon ha creado una suerte de capa plástica que podría ayudar a mejorar en más de diez veces el grado de protección de los antioxidantes tradicionales que se aplican a automóviles, barcos e incluso grandes estructuras como los puentes. La corrosión ocurre cuando los átomos de los metales se unen con los del oxígeno formando el conocido óxido que daña casi todas las estructuras metálicas expuestas a la intemperie (Oxígeno). Para evitar que esto suceda, habitualmente se recurre a pinturas aislantes o al recubrimiento con cinc, que retarda el proceso. Pese a que este último material es bastante efectivo al proteger las superficies metálicas, posee un límite de resistencia. Este problema sería solucionado gracias a un nuevo polímero llamado polyanilina, que en vez de crear una barrera física actúa como un catalizador, mezclándose con el metal e interviniendo directamente en la oxidación. En las pruebas realizadas en laboratorio, la polyanilina superó en cerca de diez mil veces la capacidad de protección del zinc, creando un metal que podría durar prácticamente para siempre. Otras ventajas del polímero es que está siendo usado en países como Japón y Francia, es más barato y al no ser un metal pesado como el cinc tiene menos impacto en la salud de las personas.


Referencias

Nexia Biotechnologies (2001). BioSteel® Extreme Performance Fibers. Disponible en:
http://www.nexiabiotech.com/HTML/technology/biosteel.shtml

- Bijal P. Trivedi (2002). Lab Spins Artificial Spider Silk, Paving the Way to New Materials. National Geographic Today Disponible en:
http://news.nationalgeographic.com/news/2002/01/0117_020117tvspidermammals.htm

- Charles C. Mann (2002, April). Biotech´s Next Wave: Soon You´ll Be Wearing It. Business 2.0 Disponible en:
http://business2.com/articles/mag/0,1640,38610,FF.html

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Que buena nota, felicitaciones, estudio biologia en Medeelin (Colombia, me encantan los aracnidos y seguramente terminare trabajando con ellos cuando termine mi carrera asi que estos contenidos me parecen espectaculres. saludos.

Blogger dijo...

QUANTUM BINARY SIGNALS

Get professional trading signals sent to your mobile phone every day.

Start following our signals right now & earn up to 270% per day.