Ny forskning afslører mikroskopiske detaljer om edderkoppens mytiske spind

Af Birgitte Svennevig, birs@sdu.dk, 20-06-2023

Mange forskere drømmer om at aflure edderkoppernes fantastiske evne til at lave superstærke, superlette og superfleksible silketråde, men endnu er det ikke lykkedes nogen at gøre edderkopperne kunsten efter.

Hvis det en dag lykkes at fremstille syntetiske materialer med samme egenskaber, kan det åbne en helt ny verden af muligheder, for kunstig edderkoppesilke kan erstatte materialer som kevlar, polyester og karbonfiber i industrien og fx bruges til at lave skudsikre veste, der er lette og fleksible. 

Med i kapløbet om at finde edderkoppernes opskrift på supersilke er postdoc Irina Iachina, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi. Hun har været optaget af supersilke siden sin tid som specialestuderende på SDU, og i øjeblikket forsker hun i emnet på Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston med støtte fra Villum Fonden.

Som led i sin forskning arbejder hun også sammen med lektor og biofysiker på SDU, Jonathan Brewer, der er ekspert i at bruge mikroskoper af forskellige slags til at kigge ind i biologiske strukturer med. Sammen har de nu for første gang studeret de indre dele af edderkoppesilke med et optisk mikroskop uden først at skære i silketråden eller åbne den på anden måde. Dette arbejde er publiceret i tidsskrifterne Scientific Reports og Scanning. 

- Vi har brugt flere forskellige slags avanceret mikroskopi, og vi har også selv udviklet en ny form for optisk mikroskop, hvor vi kan kigge hele vejen ind i et stykke tråd og se, hvad der er derinde, forklarer Jonathan Brewer.

Indtil videre har edderkoppesilke været analyseret med flere forskellige teknikker, og de har alle sammen bidraget med ny indsigt. Men der har også været ulemper ved dem, påpeger Jonathan Brewer, for de kræver ofte, at silketråden skæres over for at få et tværsnit at kigge på under mikroskopet, eller at prøverne fryses ned, hvilket kan ændre på silkefibrets struktur.

- Vi har ønsket at studere rene og uberørte fibre, der hverken er blevet skåret over, frosset eller på anden måde gjort noget ved, siger Irina Iachina.

Hjulspinderen producerer silketråd i nogle kirtler, der sidder i dens bagende. 

Til det formål har forskerduoen brugt mindre invasive teknikker som Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, Confocal Microscopy, Ultra-resolution Confocal Reflection Fluorescence Depletion Microscopy, Scanning Helium Ion Microscopy og Helium Ion Sputtering.

De forskellige undersøgelser viste, at edderkoppens silketråd (som af forskerne kaldes fiber) bestod af i hvert fald to ydre lag lipider, dvs. fedtstoffer. Bag dem, inde i fiberet, løb en masse såkaldte fibriller. De løb lige, tætpakket side om side (se illustration). Fibrillerne havde en diameter på mellem 100 – 150 nanometer i de forskellige fibertyper. Det ligger under grænsen for, hvad der kan måles i et almindeligt lys mikroskop.

- De er ikke snoede, det kunne man ellers godt have forestillet sig, så nu ved vi i hvert fald, at man ikke skal hen og vikle dem, når man skal forsøge at lave syntetisk edderkoppesilke, siger Irina Iachina.

Iachina og Brewer arbejder med silkefibre fra den store hjulspinder Nephila Madagascariensis, som producerer to forskellige slags silke:

Den ene, kaldet MAS (Major Ampullate Silk fibres) bruges til at konstruere edderkoppens spind med, og det er også den, som edderkoppen bruger til at hænge fast med. Irina Iachina kalder den for edderkoppens livline; den er meget stærk og har en diameter på ca. 10 mikrometer i diameter.

Den anden, kaldet MiS (Minor Ampullate Silk fibres) er et hjælpemiddel til bygningskonstruktionen. Den er mere elastisk og typisk 5 mikrometer i diameter.

Ilfg. duoens analyser indeholder MAS-silken fibriller, der er ca. 145 nanometer i diameter. For MiS’s vedkommende er det ca. 116 nanometer. Hver fibril er bygget af proteiner, og flere forskellige proteiner er på spil.

Disse proteiner bliver produceret af edderkoppen, når den laver sine silketråde. De er vigtige at forstå – hvordan kan de skabe så stærke tråde? – men de er også vanskelige at lave, så derfor er forskerne inden for dette felt ofte afhængige af at have edderkopper til at producere silke til dem.

Eller få en computer til at regne på det, som Irina Iachina for tiden arbejder med på MIT:

- Lige nu laver jeg computersimuleringer af, hvordan proteinerne laves om til silke. Formålet er selvfølgelig at lære at lave kunstig edderkoppesilke, men jeg er også optaget af at bidrage til en større forståelse af verden omkring os, siger hun.