Avanceret mikroskopi bringer forskere tættere på at forstå edderkoppens superstærke spind

Edderkoppernes fantastiske evne til at lave superstærke, superlette og superfleksible silketråde har gennem tiden fascineret og forundret forskere verden over. Ikke mindst fordi det vil åbne for en helt ny verden af muligheder, hvis det en dag lykkes at fremstille kunstig edderkoppesilke, som potentielt kan erstatte materialer som kevlar, polyester og karbonfiber, der i industrien bruges til at lave for eksempel skudsikre veste.

Nu har forskere på Syddansk Universitet for første gang studeret de indre dele af edderkoppesilke med et optisk mikroskop uden først at skære i silketråden eller åbne den på anden måde. Arbejdet er publiceret i tidsskrifterne Scientific Reports og Scanning og har været støttet af Carlsbergfondet med en infrastrukturbevilling til et såkaldt spectrofluorometer til lektor i biofysik Jonathan Brewer.

Sammen med postdoc Irina Iachina har han brugt flere forskellige slags avanceret mikroskopi til at analysere trådene og herved fået indblik i, hvordan de er opbygget. Metoderne slår klart tidligere metoder, der har krævet, at silketråden blev skåret over for at få et tværsnit at kigge på under mikroskopet. Eller at prøverne blev frosset ned, hvilket dog havde den hage, at silkefibrenes struktur i trådene kunne ændre sig.

Med de nye mikroskopier har det derimod været muligt at studere rene og uberørte fibre, der hverken er blevet skåret over, frosset eller på anden måde ændret.

Kræver særligt mikroskop

Konkret har Irina Iachina og Jonathan Brewer undersøgt silkefibre fra den store edderkop-art Nephila Madagascariensis, som producerer to forskellige slags silke.

Den ene, kaldet MAS for Major Ampullate Silk fibres, bruges til at konstruere edderkoppespindet. Det er også den, som edderkoppen bruger til at hænge fast med. Denne silke er meget stærk og har en diameter på cirka 10 mikrometer. Den anden, kaldet MiS for Minor Ampullate Silk fibres, er et hjælpemiddel til bygningskonstruktionen. Den er mere elastisk og typisk 5 mikrometer i diameter.

Irina Iachinas og Jonathan Brewers undersøgelser viste, at fibrene består af i hvert fald to ydre lag lipider, dvs. fedtstoffer. Bag dem, inde i fibrene, løber en masse såkaldte fibriller lige og tætpakket side om side. Fibrillerne har en diameter på 100 – 150 nanometer i de forskellige fibertyper. Det ligger under grænsen for, hvad der kan måles i et almindeligt lysmikroskop.

Fra proteiner til silke

Fibrillerne er vigtige at forstå, fordi de er bygget af proteiner, der bliver produceret af edderkoppen, når den laver sine silketråde. Forskerne har derfor lavet computersimuleringer af, hvordan proteinerne laves om til silke.

En anden opdagelse, som forskerne gjorde, var, at fibrene ikke er snoede, som man ellers kunne have forestillet sig. Det betyder konkret, at man ikke vil skulle vikle dem fra hinanden, hvis man vil forsøge at lave syntetisk edderkoppesilke.