Spindeltråd bildas blixtsnabbt i trestegsprocess

Forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Karolinska institutet (KI) har tillsammans med samarbetspartner i Kina, Lettland, Estland och Danmark nyligen avslöjat ett av de viktigaste stegen mot att fullt ut förstå hur spindeltråd bildas.

– Detta är ännu ett steg på vägen mot att kunna framställa konstgjord spindeltråd, säger professor Jan Johansson, SLU, som även är verksam vid KI.

Forskarna har studerat tråd från spindelarten Euprosthenops australis på molekylär nivå. Spindeltråd består av stora proteiner med karaktäristiskt utseende, de har korta veckade ändar och mellan dessa återfinns flera tusen aminosyror. Tidigare var det känt att spindeltrådsproteinerna kan lagras i spindelns spinnkörtlar vid otroligt höga koncentrationer utan att aggregera, alltså utan att börja processen att bilda tråd. Om proteinerna gjorde det skulle de klumpa ihop sig inne i djuret. När proteinlösningen i spindeltrådskörtelns utförsgång utsätts för ett sjunkande pH – alltså ökande surhetsgrad – bildas dock fibrer som består av olösliga betastrukturer, inom bråkdelar av en sekund. Hur den här processen är reglerad på en molekylär nivå är inte helt klarlagt.

– Spindeltråden bildas alltså oerhört snabbt när dessa proteiner lämnar djurets kropp, något man kan se när en spindel hissar ned sig i en tråd – det är alltså inte så att tråden finns lagrad i spindelkroppen utan den bildas i det ögonblick den måste finnas där i ett trestegsförlopp där surhetsgraden ökar från pH 7 inne i spinnkörteln till omkring pH 5,5 i slutet av trådbildningsprocessen, säger Jan Johansson.

Detta fascinerande flerstegssystem tillåter en mycket snabb bildning av tråden men ser samtidigt till att spindelproteinerna inte aggregerar för tidigt, vilket skulle leda till att körteln täpptes till. När pH sjunker till ca 6 börjar proteinerna att svagt kopplas samman med varandra och är därmed ”redo” för att snabbt slå ihop till en stabil tråd, men samtidigt är bindningen dem emellan tillräckligt svag för att de ska kunna lossna från varandra vilket fungerar som en säkerhetsmekanism mot för tidig fiberbildning. När sedan pH sjunker ytterligare till omkring 5,5 bildas tråden genom att bindningen stärks och därmed sammanlänkas spindeltrådsproteinerna till ”ändlösa” proteinkedjor. När tråden dras ut ur spindeln fortplantas dragkrafterna i proteinkedjorna vilket leder till bildandet av fibern. Genom att spindeltrådsproteinerna bara sitter ihop med varandra i sista delen i körtelns utförsgång kommer enbart proteiner som befinner sig där omvandlas till fibrer.

– Således ser den mycket sofistikerade mekanismen, som nu kartlagts av forskarna, till att spindeltråd bildas på rätt ställe och vid rätt tidpunkt – ett utmärkt exempel på biologisk nanoteknik, menar Jan Johansson.

– Tidigare har man trott att tråden bildades genom en enstegsförändring. Genom denna upptäckt har vi kommit ett steg på vägen mot att framställa bättre konstgjord spindeltråd, säger han.

Resultaten publicerades nyligen i Nature Communications (5, Article number: 3254. doi:10.1038/ncomms4254)

För mer information: Professor Jan.Johansson,@slu.se, tel 070-345 70 48

BILDTEXT:

Euprosthenops australis spindel. Foto: Anna Rising (SLU)