Hämähäkin seitin salaisuus selviämässä

Hämähäkin seitti on vetolujuudeltaan viisi kertaa vahvempaa kuin teräs ja parhaaseen ihmisen tekemään synteettiseen kuituun verrattuna kolminkertainen. Seitin rakenne ja rakennemateriaalit tunnetaan mutta silti niistä ei ole tähän asti pystytty valmistamaan samanveroista kuin se minkä hämähäkit tekevät. Nyt saksalaistutkijat ovat onnistuneet selvittämään miten hämähäkki pystyy tekemään nestemäisessä muodossa olevasta seittimateriaalista erittäin nopeasti lankaa. Tätä prosessia matkimalla tutkijat toivovat voivansa tehdä samanveroista kuitua teollisesti.

Hämähäkin seitti koostuu proteiineista, ns. spidroineista, jotka ovat tuhansien aminohappojen muodostamia pitkiä ketjuja. Aiempien tutkimusten perusteella tiedetään että hämähäkin valmistaman seitin lujuus perustuu vierekkäisiä ketjuja yhdistäviin sidoksiin. Sidoksia ei ole koko seitin pituudelta vaan yhdistettyjen kohtien välillä on vapaita alueita joiden ansiosta seitti on paitsi luja myös erittäin taipuisa.

Seitin materiaali on nestemäisenä hämähäkin sisällä olevassa rauhasessa josta se tarvittaessa pystyy puristamaan ohutta seittiä ulos erittäin nopeasti ja paljon. Tähän asti ei ole tiedetty miten valkuaisaineet pysyvät rauhasessa vesiliuoksessa tarttumatta toisiinsa ja miten ohuiden valkuaisaineketjujen yhdistyminen tapahtuu hämähäkin puristaessa seitin ulos.

Tutkimus tehtiin kahden saksalaisyliopiston, Münchenin teknillisen yliopiston ja Bayreuthin yliopiston yhteistyönä. Münchenin yliopiston NMR-keskuksessa onnistuttiin määrittämään seitin proteiinin pään kolmiulotteinen rakenne. Siitä löytyi kemiallinen "kytkin", joka reagoi mekaanisiin ja kemiallisiin ärsykkeisiin. Mekaaninen ärsytys syntyy seittinesteen puristuessa kapean kanavan läpi ulos rauhasesta. Kanavassa neste joutuu myös kemiallisesti erilaiseen ympäristöön, jossa esimerkiksi happamuus muuttuu.

Sen jälkeen selvitettiin miten löydetty seitin rakennetta säätelevä molekyylin osa käyttäytyi rauhasen sisällä nesteessä. Säätelyalueet olivat liittyneinä toisiinsa pareittain siten että valmiissa seitissä yhteenliittyvät kohdat eivät olleet vastakkain. Lisäksi valkuaisaineketjussa on kemiallisesti erityyppisiä alueita jotka nesteessä ovat omalla paikallaan. Ns. polaariset alueet ovat ulospäin ja vettähylkivät eli hydrofobiset alueet ovat ketjun sisäpuolella. Siten seittien materiaali säilyy hyvin vesiliuoksessa.

Kun seittiä aletaan puristaa ulos, proteiinien ympäristö ja tila muuttuvat. Valkuaisaineen pään "kytkin" laukeaa, säätelyalueen tila muuttuu ja ulostuleva seitti on kiinteää, kestävää ja taipuisaa.

Tutkijat ovat jo aloittaneet kokeet keinotekoisen seitin valmistamiseksi mikroskooppisella kehräyskanavalla yhteistyössä teollisuuden kanssa. Luonnollisen seitin kanssa samanveroisen keinotekoisen seitin käyttömahdollisuudet ovat rajattomat, lääketieteestä autoihin.

(YLE tiede, Technishe Universität München, Bayreuth Universität, Nature)