Enquanto o mundo se afoga em plástico, pesquisadores procuram materiais práticos que sejam leves, resistentes e biodegradáveis.
Nos últimos anos, a ciência tem buscado cada vez mais inspiração na natureza - e uma grande parte desse esforço recai sobre as características impressionantes da seda de aranha.
Só que existe outra alternativa promissora, bem diante dos nossos olhos: a seda de abelha.
Se isso soa estranho, você não está sozinho. A maioria das pessoas nunca ouviu falar em seda de abelha.
"A produção de seda é muito mais difundida na natureza do que a maioria das pessoas imagina", disse à ScienceAlert o biólogo molecular Oran Wasserman, que concluiu seu doutorado na Utah State University, no Laboratório de Seda de Aranha do Dr. Justin A. Jones.
"A seda evoluiu de forma independente muitas vezes, com pelo menos 23 origens separadas apenas em insetos", explicou Wasserman, incluindo formigas, abelhas e vespas.
Onde a seda de abelha aparece na natureza
No começo deste ano, Wasserman e colegas se tornaram os primeiros a criar um filme de um tipo específico de seda de abelha - um passo inicial importante para aproveitar o potencial desse material.
No mundo dos insetos, a seda serve para praticamente tudo: de construir teias a erguer ninhos e fiar casulos.
No caso das abelhas, em especial, a função é proteção.
"Nem toda abelha produz seda, mas, entre as que produzem, ela aparece tanto em espécies sociais quanto em espécies solitárias", afirmou Wasserman.
"Abelhas sociais, como abelhas-melíferas e mamangavas, produzem seda para revestir as células de cria das colónias. Abelhas solitárias, que representam cerca de 75 por cento de todas as espécies de abelha, fiam seda para construir casulos que oferecem proteção contra fatores de stresse ambiental."
"A produção de seda é muito mais difundida na natureza do que a maioria das pessoas imagina" - biólogo molecular Oran Wasserman
Há muitos anos pesquisadores investigam as propriedades de diferentes tipos de seda, e a seda de abelha-melífera já foi produzida de forma sintética. No laboratório de Jones, o trabalho avançou na direção das abelhas solitárias, tornando possível produzir as proteínas da seda em ambiente de laboratório.
Isso é relevante porque, embora todo mundo saiba o quanto a seda de aranha é extraordinária - cinco vezes mais forte do que o aço em relação ao peso -, ela tem sido notoriamente difícil de reproduzir em laboratório.
Osmia lignaria: o casulo da abelha-azul-dos-pomares e sua proteção
A pesquisa de Wasserman se concentrou na abelha-azul-dos-pomares (Osmia lignaria), uma abelha solitária e importante polinizadora de pomares. Ela produz casulos pequenos, alongados, de tom acastanhado, com uma tampa característica em formato de mamilo em uma das extremidades.
E esses casulos aguentam mais do que aparentam.
Apesar de tanto o bicho-da-seda quanto a abelha-azul-dos-pomares usarem seda para formar casulos, o modo como cada um produz sua seda é bem diferente. O bicho-da-seda faz seu casulo a partir de um único fio contínuo.
Já a larva de abelha, como descreveu Wasserman, adota uma estratégia mais “arquitetónica”: prende a seda na parede da célula do ninho, puxa o filamento atravessando o espaço com movimentos da cabeça e fixa a ponta em um novo ponto, repetindo o processo até ficar totalmente envolvida.
O casulo resultante tem poucas camadas estruturais, mas elas atuam em conjunto para equilibrar troca gasosa, proteção mecânica, retenção de humidade e resistência a parasitas.
E esse último item é mais importante do que parece.
Casulos de abelhas solitárias enfrentam uma ameaça concreta: vespas parasitoides. Essas vespas localizam os casulos por sinais químicos e depois tentam perfurá-los com um apêndice fino, semelhante a uma agulha, para depositar ovos dentro da abelha em desenvolvimento.
Para a larva, o casulo de seda é, na prática, a única linha de defesa.
Agora, o laboratório de Jones estuda mais a fundo a resistência à perfuração desses casulos, usando um novo protocolo.
É exatamente o tipo de combinação desejada em materiais biomédicos de próxima geração, como fios de sutura cirúrgica, suportes para engenharia de tecidos e têxteis técnicos.
Como o protocolo isolou a seda e permitiu recriá-la em laboratório
O obstáculo para explorar essas propriedades era reproduzir a seda fora da larva.
No início, Wasserman tentou isolar fibras individuais a partir de casulos já prontos, mas o processo era demorado e quebrava muitos filamentos. Então, a equipa decidiu voltar à origem.
"O protocolo que desenvolvemos isola as fibras de seda diretamente da boca da larva", explica Wasserman.
Para isso, eles usam um sistema de criação impresso em 3D que imita a cavidade natural do ninho e criam as larvas ali dentro. O sistema de criação foi desenvolvido na unidade USDA-ARS Pollinating Insect Research Unit.
A equipa acompanha cada larva diariamente e intervém no momento exato em que ela começa a fiar - quando os primeiros fios ainda estão soltos e ao alcance.
Depois, as fibras são isoladas e montadas para testes mecânicos.
"Um dos aspetos mais promissores do protocolo é que as larvas continuam a formar seus casulos, indicando que o método é minimamente invasivo", explicou Wasserman.
Com esses filamentos em mãos, o grupo conseguiu então produzir a seda do zero: usando técnicas de biologia molecular, inseriram os genes-alvo em um microrganismo modificado, que passou a produzir as proteínas em laboratório.
Em seguida, purificaram as proteínas resultantes (chamadas fibroínas) e as transformaram em filmes transparentes, autoportantes.
É a primeira vez que uma proteína de seda de abelha solitária é produzida dessa maneira e convertida em um material.
Ainda não é algo diretamente utilizável em aplicações, mas a técnica abre caminho para estudar a seda de abelha em diferentes espécies.
Por exemplo, sabe-se que a seda de abelha-melífera é mais elástica do que a seda da abelha-azul-dos-pomares, e essa mesma abordagem poderia, em tese, ser usada para recriar essa seda - ou até misturá-la com outros materiais.
Seda de abelha e lodo de peixe-bruxa no mesmo material
É exatamente isso que Wasserman e colegas estão fazendo agora com a seda de abelha - combinando-a com algo ainda mais inusitado: lodo de peixe-bruxa.
Peixes-bruxa são peixes antigos, sem mandíbulas, de águas profundas, que liberam uma secreção viscosa quando se sentem ameaçados. Em contacto com a água do mar, essa secreção se expande rapidamente e entope as brânquias de quem os ataca.
Esse lodo é uma mistura de muco com fios finos de proteína; quando esses fios são esticados e secos, suas propriedades mecânicas se aproximam das da seda de aranha.
O laboratório de Jones aplica o mesmo fluxo de trabalho molecular tanto às proteínas do peixe-bruxa quanto à seda de abelha, e ambos os materiais compartilham uma estrutura proteica de base semelhante. Isso sugere que eles podem ser misturados para criar materiais que reúnam os melhores atributos de cada um.
"A seda tem sido usada para diversas finalidades há milénios", disse Wasserman. "Ainda assim, a maior parte dessa atenção foi para um punhado de espécies, principalmente o bicho-da-seda e as aranhas.
"De modo mais amplo entre os insetos, a seda é marcadamente diversa, fiada por muitas espécies que variam em composição e propriedades mecânicas … Mas, surpreendentemente, muitos aspetos, como suas sedas e casulos, permanecem pouco estudados.
"À medida que a área continua a avançar, espero que muitas dessas questões em aberto comecem a ser respondidas."
A pesquisa foi publicada em PLOS One, STAR Protocols e SynBio.
Este artigo passou por verificação de fatos feita por Rachel Garner e edição de Peter Dockrill. Embora tenhamos orgulho do nosso processo, somos humanos. Se você identificar algum erro, por favor, avise a gente.
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