Ny forskning kan ge svar på gåtan om varför spindelns tråd är så stark

Den spindeltråd som spindlar använder som flyktlina är världens segaste fiber. Nu har forskare vid SLU och KI gjort nya viktiga upptäckter om hur den bildas och är uppbyggd. Fibern visade sig bestå av tre rörformade lager inuti varandra, i huvudsak uppbyggda av 18 olika proteiner. Lagren har olika egenskaper och bildas i olika delar av spinnkörteln. Denna kunskap ger bättre möjligheter att spinna konstgjord spindeltråd med samma egenskaper som den naturliga.

Arbetet har letts av professor Anna Rising, som arbetar vid både Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Karolinska Institutet och Johan Reimegård, bioinformatiker vid Science for Life Laboratories vid Uppsala universitet. Sumalata Sonavane, doktorand vid SLU, har gjort en stor del av det praktiska arbetet. Resultaten har just publicerats i tidskriften Science Advances.

En av de trådar som spindelns spinner, den som används som säkerhetslina, är känd för sin enastående styrka och flexibilitet, men de exakta mekanismerna bakom dess produktion är fortfarande till stor del okända.

En ny studie från KI och SLU har gett nya insikter om detta fascinerande material. Med avancerad gensekvenseringsteknik har spindelns silkesproducerande körtel kunnat undersökas på cellnivå. Resultatet visar vilka trådens beståndsdelar är och hur den är uppbyggd, information som kan ge svar på varför spindeltråd är ett så starkt och segt material. Spindeltråd är nämligen den segaste fiber som vi känner till. Den kan absorbera mer rörelseenergi än exempelvis Kevlar som används i skottsäkra västar.

Undersökningen avslöjade att körteln består av sex olika celltyper, var och en begränsad till en av tre distinkta zoner. Forskarna kunde också visa att spindeltråden i huvudsak består av 18 olika proteiner, inklusive några tidigare okända. Dessutom blandas inte de proteiner som utsöndras av cellerna i de tre zonerna i körteln utan de finns kvar som skilda lager i fibern. Detta innebär att spindeltråden består av tre rörformade lager av proteinblandningar som skiljer sig avsevärt i sammansättning.

Denna kunskap är avgörande för utvecklingen av konstgjort spindelsilke med egenskaper som speglar naturfiberns. Den ger också en inblick i hur naturen på ett elegant sätt har löst utmaningarna med att spinna en exceptionellt seg fiber från en proteinlösning.

Schematisk bild av brospindelns spinnkörtel och säkerhetslinans olika lager. Källa: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn0597

Projektet finansieras av Olle Engkvists Stiftelse, Formas och Europeiska Forskningsrådet (ERC Consolidator Grant) och genomförs vid Sveriges lantbruksuniversitet, Karolinska Institutet och National Bioinformatics Infrastructure Sweden/Science for Life Laboratory.

Kontaktpersoner

Anna Rising, professor vid institutionen för anatomi, fysiologi och biokemi, Sveriges lantbruksuniversitet, och docent vid institutionen för medicin, Karolinska Institutet.
070-974 48 88, anna.rising@slu.se
https://internt.slu.se/en/cv-originals/anna-rising/
https://ki.se/en/people/anna-rising#about-me

Johan Reimegård, bioinformatiker, Science for Life Laboratory (SciLifeLab), Uppsala universitet
073-369 99 92, johan.reimegard@scilifelab.se

Den vetenskapliga artikeln

Sonavane et al. Origin, structure, and composition of the spider major ampullate silk fiber revealed by genomics, proteomics, and single-cell and spatial transcriptomics. Sci. Adv. 10, eadn0597 (2024)
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn0597

Pressbild

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om denna nyhet. Klicka för högupplöst bild. Fotograf ska anges.)

Brospindel (Larinioides sclopetarius), den art som nu har fått en spinnkörtel analyserad i detalj. Foto: Lena Holm

Länkar till två filmer

1. Tidigare producerad film av SLU om Anna Rising och spindeltråd (1 min, 53 sek): https://play.slu.se/media/Anna%20Rising/0_dw45nkjb

2. Film: A bridge spider spinning its web.
https://play.slu.se/media/IMG_6313/0_6462vs8u