Pesquisadores descobriram as interações moleculares que conferem à seda de aranha sua notável combinação de resistência e flexibilidade. Essa descoberta pode ajudar os cientistas a projetar novos materiais bioinspirados para aviões, equipamentos de proteção e usos médicos, além de oferecer insights sobre distúrbios neurológicos, como a doença de Alzheimer.
O estudo, publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences por cientistas do King’s College London e da San Diego State University (SDSU), descreve princípios fundamentais de design que podem orientar a criação de uma nova geração de fibras de alto desempenho e ecologicamente corretas.
Importante, a pesquisa é a primeira a explicar como os aminoácidos dentro das proteínas da seda de aranha interagem de uma maneira que permite agir como “adesivos” moleculares, unindo o material durante sua formação.
Chris Lorenz, professor de Ciência de Materiais Computacional no King’s College London e líder da equipe de pesquisa do Reino Unido, destacou o amplo potencial das descobertas. “As aplicações potenciais são vastas — roupas de proteção leves, componentes de aviões, implantes médicos biodegradáveis e até robótica suave poderiam se beneficiar de fibras engenheiradas com base nesses princípios naturais,” disse ele.
Por Que a Seda de Aranha É Mais Forte que o Aço
A seda de linha de arrasto de aranha é conhecida por seu desempenho extraordinário. Peso por peso, é mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar — o material usado para fabricar coletes à prova de balas. As aranhas dependem desse material para construir a estrutura de suas teias e se suspender, e os cientistas estão fascinados há muito tempo sobre como a natureza produz uma fibra tão excepcional.
Esse tipo de seda é produzido dentro da glândula de seda de uma aranha, onde as proteínas da seda são armazenadas como um líquido espesso chamado “dope de seda”. Quando necessário, a aranha transforma esse líquido em fibras sólidas com propriedades mecânicas impressionantes.
Os cientistas já sabiam que as proteínas se agrupam em gotas semelhantes a líquido antes de serem puxadas para formar fibras. No entanto, os passos moleculares que conectam esse agrupamento inicial à força final da seda permaneceram um mistério.
As Interações Moleculares por Trás da Formação da Seda
Para resolver esse enigma, uma equipe interdisciplinar de químicos, biofísicos e engenheiros utilizou uma variedade de técnicas computacionais e laboratoriais avançadas. Isso incluiu simulações de dinâmica molecular, modelagem estrutural pelo AlphaFold3 e espectroscopia de ressonância magnética nuclear.
A análise revelou que dois aminoácidos, arginina e tirosina, interagem de uma maneira específica que faz com que as proteínas da seda se agrupem nas fases iniciais. Essas interações não desaparecem à medida que a seda se solidifica. Em vez disso, permanecem ativas enquanto a fibra se forma, ajudando a construir a intrincada nanoestrutura que confere à seda de aranha sua força e flexibilidade excepcionais.
“Este estudo fornece uma explicação em nível atômico de como proteínas desordenadas se assemblam em estruturas altamente ordenadas e de alto desempenho,” disse Lorenz.
Vínculos com a Ciência do Cérebro e Pesquisa sobre Alzheimer
Gregory Holland, professor de química física e analítica da SDSU que liderou a parte americana do estudo, afirmou que a complexidade química do processo foi inesperada.
“O que nos surpreendeu foi que a seda — algo que geralmente pensamos ser uma fibra natural lindamente simples — na verdade depende de um truque molecular muito sofisticado,” disse Holland. “Os mesmos tipos de interações que descobrimos são usados em receptores de neurotransmissores e sinalização hormonal.”
Devido a essa sobreposição, os pesquisadores acreditam que as descobertas podem ter implicações além da ciência dos materiais.
“A maneira como as proteínas da seda passam pela separação de fase e, em seguida, formam estruturas ricas em β-folhas reflete mecanismos que vemos em doenças neurodegenerativas como a Alzheimer,” disse Holland. “Estudar a seda nos fornece um sistema otimizado evolutivamente para entender como a separação de fase e a formação de β-folhas podem ser controladas.”