Fibras mais fortes que aço e Kevlar são produzidas por bactérias

Redação do Site Inovação Tecnológica

Derivadas da seda de aranha, essas fibras superam alguns dos produtos mais resistentes feitos pelo homem.
[Imagem: Washington University in St. Louis/Jingyao Li]

Fibras amiloides úteis

As fibras amiloides, feitas de proteínas, não têm boa fama devido à sua vinculação com a neurodegeneração cerebral, como na Doença de Alzheimer, mas elas também podem se tornar um biomaterial de grande interesse industrial.

Foi o que demonstraram Jingyao Li e Fuzhong Zhang, da Universidade de Washington, nos EUA.

Eles criaram uma nova fibra, produzida por bactérias geneticamente engenheiradas, que é tão forte quanto o aço e com uma tenacidade superior à do conhecido Kevlar, o material mais usado em coletes à prova de balas.

E o material supera também as mais bem faladas fibras de seda de aranha, que várias equipes estão tentando reproduzir de maneira artificial usando técnicas da biologia sintética.

E este foi justamente o ponto de partida da equipe, que modificou a sequência de aminoácidos das proteínas da seda de aranha para introduzir novas propriedades nas fibras, sem perder seus atrativos.

Biologia sintética

Um problema associado à fibra da seda de aranha recombinante - sem modificação significativa da sequência da seda de aranha natural - é a necessidade de criar cristais em escala micro ou nano, um componente essencial da seda de aranha natural, que contribui para sua força.

"As aranhas descobriram como girar as fibras com uma quantidade desejável de nanocristais," detalhou Zhang. "Mas, quando os humanos usam processos de fiação artificiais, a quantidade de nanocristais em uma fibra de seda sintética costuma ser menor do que sua equivalente natural."

Para resolver este problema, a equipe redesenhou a sequência da seda introduzindo sequências amiloides - amiloides são essencialmente aglomerados de proteínas - que têm alta tendência a formar micro/nano-cristais.

As proteínas resultantes têm menos sequências de aminoácidos repetitivas do que a seda de aranha natural, tornando-as mais fáceis de serem produzidas por bactérias geneticamente modificadas. Por fim, as bactérias produziram uma proteína amiloide polimérica híbrida com 128 unidades repetidas.

Micrografia da fibra polimérica amiloide feita por bactérias geneticamente modificadas.
[Imagem: Jingyao Li]

Supera aço e Kevlar

Quanto mais longa for a proteína, mais forte e resistente será a fibra resultante. As proteínas de 128 repetições resultaram em uma fibra com força na faixa dos gigapascal - uma medida de quanta força é necessária para quebrar uma fibra de diâmetro fixo - o que é mais forte do que o aço comum.

A resistência das fibras - uma medida de quanta energia é necessária para quebrar uma fibra - é maior que a do Kevlar e do que todas as fibras de seda recombinantes anteriores. Sua força e resistência são ainda maiores do que algumas fibras naturais de seda de aranha.

"Parece haver possibilidades ilimitadas na engenharia de materiais de alto desempenho usando nossa plataforma," disse Li. "É provável que você possa usar outras sequências, colocá-las em nosso projeto e também obter uma fibra de desempenho aprimorado."

Bibliografia:

Artigo: Microbially Synthesized Polymeric Amyloid Fiber Promotes B-Nanocrystal Formation and Displays Gigapascal Tensile Strength
Autores: Jingyao Li, Yaguang Zhu, Han Yu, Bin Dai, Young-Shin Jun, Fuzhong Zhang
Revista: ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.1c02944