Spinnenseide

Wie wird Spinnenseide hergestellt?

Natürliche, von frei lebenden Spinnen hergestellte Spinnenseide besteht aus stabilen und extrem dehnbaren Proteinfasern. Diese Kombination gibt es in keinen anderen Polymerfasern. Wissenschaftler sind in der Lage, diese Proteine rekombinant herzustellen, die Struktur zu analysieren und nach dem Vorbild der Natur herzustellen.

Aber − warum ist es nicht möglich, natürliche Spinnenseide zu nutzen?

Zunächst ist ein wichtiger Faktor, dass Spinnen Kannibalen sind, was Spinnenfarmen praktisch unmöglich macht. Abgesehen davon ist die Spinnenseide, welche von Spinnen, die in Gefangenschaft leben, hergestellt werden, qualitativ deutlich schwächer.

Um die Seide also biotechnisch herzustellen wurden mehrere Methoden getestet, allerdings sind Spinnenfäden hoch repetitiv, was die Sequenzierung und die PCR-Methoden1 erheblich erschwert. Spinnen produzieren ihre Fäden mithilfe des codon usage2 Phänomens, welches den genetischen Code unterschiedlich häufig verwendet, was die Herstellung abermals erschwert. Wissenschaftler arbeiten daran, die Erbinformationen mithilfe des bakteriellen codon usage in synthetischen Genen zu verändern, sodass die angepassten Gene dann in geeigneten Bakterienstämmen exprimiert werden können.

Wichtig bei der künstlichen Herstellung von Spinnenseide ist der Spinnprozess. Eine Spinne zieht ihre Fäden mit ihren Hinterbeinen aus der Spinnwarze. Dies ist der Zugmechanismus, welcher im Spinnkanal zu einer Dehnströmung führt, die die Seidenproteine ausrichtet und deshalb eine wichtige Rolle für die letzten Eigenschaften des Fadens spielt. Aus diesem Grund musste ein bionisches Spinnverfahren nachgebaut werden, die die Ausrichtung der Proteine garantiert.

Die beiden Abbildungen zeigen zum einen den natürlichen (Abb. 1) und zum anderen den künstlichen Prozess (Abb. 3) des Spinnens. Auffällig ist hier, dass der natürliche Prozess so genau wie möglich nachgebaut wurde, um die Eigenschaften der natürlichen Spinnenseide ebenfalls für die biotechnisch hergestellte Seide erreichen zu können.

Abbildung 1

Abbildung 3

Quellen von Abbildung 1, 3: Scheibel T (2009) Spinnenseide − was Spiderman wissen sollte. BIOspektrum 1:23−25


1 Polymerase-Kettenreaktion (engl. Polymerase chain reaction): ein Verfahren zur Vervielfältigung von Gen-Sequenzen innerhalb einer vorliegenden DNA-Kette

2 bestimmte Varianten den genetischen Codes werden unterschiedlich häufig verwendet