Seda de abelha: a alternativa biodegradável à seda de aranha que está a virar filme

Enquanto o mundo se afunda em plástico, os investigadores procuram materiais práticos que sejam leves, resistentes e biodegradáveis.

Nos últimos anos, muitos cientistas têm ido buscar inspiração à natureza - e uma parte significativa desse trabalho tem-se concentrado nas qualidades impressionantes da seda de aranha.

Mas há outra alternativa promissora, à vista de todos: a seda de abelha.

Se isto lhe parece estranho, não é caso único. A maioria das pessoas nunca ouviu falar de seda de abelha.

"A produção de seda é muito mais generalizada na natureza do que a maioria das pessoas imagina", disse à ScienceAlert Oran Wasserman, biólogo molecular que concluiu o doutoramento na Utah State University, no Spider Silk Lab do Dr. Justin A. Jones.

"A seda evoluiu de forma independente muitas vezes, com pelo menos 23 origens distintas só nos insectos", explicou Wasserman, incluindo formigas, abelhas e vespas.

No início deste ano, Wasserman e colegas tornaram-se os primeiros a criar um filme de um tipo específico de seda de abelha - um passo essencial para começar a aproveitar o potencial deste material fora do insecto.

No mundo dos insectos, a seda serve para praticamente tudo: desde construir teias, a reforçar ninhos, até fiar casulos.

No caso das abelhas, em particular, a função é a protecção.

A alternativa à vista: a seda de abelha

Para que serve a seda nas abelhas

"Nem todas as abelhas produzem seda, mas, entre as que produzem, ela aparece tanto em espécies sociais como solitárias", afirmou Wasserman.

"As abelhas sociais, como as abelhas-do-mel e os zangões, produzem seda para revestir as células de criação das suas colónias. As abelhas solitárias, que representam cerca de 75 por cento de todas as espécies de abelhas, fiam seda para construir casulos que oferecem protecção contra factores de stress ambientais."

"A produção de seda é muito mais generalizada na natureza do que a maioria das pessoas imagina," – o biólogo molecular Oran Wasserman

Há muitos anos que os investigadores analisam as propriedades de diferentes sedas, e a seda de abelha-do-mel já foi produzida de forma sintética. No caso das abelhas solitárias, o laboratório de Jones foi mais longe, tornando possível produzir as proteínas da seda em ambiente laboratorial.

Isto é relevante porque, embora toda a gente saiba como a seda de aranha é extraordinária - cinco vezes mais resistente do que o aço por unidade de massa! -, tem sido notoriamente difícil reproduzi-la no laboratório.

Da osmia-azul a filmes de seda e novas combinações

O trabalho de Wasserman centrou-se na abelha-osmia-azul (Osmia lignaria), uma abelha solitária e um importante polinizador de pomares. Ela forma pequenos casulos acastanhados e alongados, com uma tampa característica em forma de mamilo numa das extremidades.

Estes casulos são mais robustos do que parecem.

Apesar de tanto os bichos-da-seda como a abelha-osmia-azul utilizarem seda para formar casulos, produzem-na de formas muito diferentes. O bicho-da-seda cria o seu casulo a partir de um único fio contínuo.

Já a larva de abelha adopta uma estratégia mais “arquitectónica”, explicou Wasserman: fixa a seda à parede da célula do ninho, puxa o filamento para o lado oposto com movimentos da cabeça e prende-o num novo ponto, repetindo o processo até ficar totalmente encerrada.

O casulo final tem apenas algumas camadas estruturais, mas estas actuam em conjunto para equilibrar a troca de gases, a protecção mecânica, a retenção de humidade e a resistência a parasitas.

E este último aspecto é mais importante do que pode parecer.

Os casulos de abelhas solitárias enfrentam uma ameaça real: as vespas parasitoides. São vespas que localizam casulos de abelha através de sinais químicos e, depois, tentam perfurá-los com um apêndice semelhante a uma agulha para depositar ovos no interior da abelha em desenvolvimento (sim, é desagradável).

Para a larva, o casulo de seda é, na prática, a única linha de defesa.

A resistência do casulo à perfuração é uma característica que o Jones Lab está agora a analisar com mais detalhe, através de um novo protocolo.

É precisamente o tipo de combinação desejável para biomateriais de próxima geração - como suturas cirúrgicas, andaimes para engenharia de tecidos e têxteis técnicos.

O problema, contudo, era conseguir recriar estas propriedades fora da larva.

As primeiras tentativas de Wasserman passaram por isolar fibras individuais de seda a partir de casulos já concluídos, mas o procedimento era moroso e produzia muitos filamentos partidos. Por isso, a equipa decidiu regressar à origem.

"O protocolo que desenvolvemos isola as fibras de seda directamente da boca da larva", explica Wasserman.

Para o fazer, recorrem a um sistema de criação impresso em 3D que imita a cavidade natural do ninho e onde as larvas são criadas. Este sistema foi desenvolvido na USDA-ARS Pollinating Insect Research Unit.

A equipa observa cada larva diariamente e intervém exactamente no momento em que começa a fiar - quando os primeiros fios ainda estão soltos e ao alcance.

Em seguida, as fibras são isoladas e montadas para testes mecânicos.

"Um dos aspectos mais promissores do protocolo é que as larvas continuam a formar os seus casulos, o que indica que o método é minimamente invasivo", explicou Wasserman.

Com esses filamentos isolados, a equipa conseguiu agora produzir a seda desde o início: usando técnicas de biologia molecular, inseriram os genes-alvo num microrganismo engenheirado, que passou a produzi-los no laboratório.

Depois, purificaram as proteínas resultantes (chamadas fibroínas) e moldaram-nas em filmes transparentes e autoportantes.

É a primeira vez que uma proteína de seda de uma abelha solitária é produzida desta forma e transformada num material.

Ainda não é algo que possa ser aplicado directamente em produtos, mas o método abre caminho para estudar a seda de abelha em diferentes espécies.

Por exemplo, sabe-se que a seda de abelha-do-mel é mais elástica do que a da abelha-osmia, e esta mesma técnica poderá, potencialmente, ser usada para recriar essa seda - ou até para a misturar com outros materiais.

É exactamente isso que Wasserman e colegas estão a fazer agora com a sua seda de abelha, combinando-a com algo ainda mais estranho: lodo de peixe-bruxa.

Os peixes-bruxa são peixes antigos, sem mandíbulas, de grandes profundidades, que libertam uma secreção viscosa quando ameaçados. Em contacto com a água do mar, essa secreção expande-se rapidamente, entupindo as guelras de quem os está a atacar.

Esse lodo é uma mistura de muco e finos filamentos proteicos e, quando esses filamentos são esticados e secos, as suas propriedades mecânicas aproximam-se das da seda de aranha.

O laboratório de Jones aplica o mesmo fluxo de trabalho molecular tanto às proteínas do peixe-bruxa como à seda de abelha, e ambos os materiais partilham uma estrutura proteica de base semelhante. Isto sugere que poderão ser misturados para criar materiais que reúnam as melhores características de cada um.

"A seda tem sido usada para vários fins há milénios", disse Wasserman. "Mesmo assim, a maior parte dessa atenção tem recaído sobre um pequeno conjunto de espécies, sobretudo o bicho-da-seda e as aranhas.

"De forma mais ampla nos insectos, a seda é notavelmente diversa, fiada por muitas espécies que variam na composição e nas propriedades mecânicas … Mas, surpreendentemente, muitos aspectos - como a sua seda e os seus casulos - continuam pouco estudados.

"À medida que a área continua a avançar, espero que muitas dessas questões em aberto comecem a ser respondidas."

A investigação foi publicada na PLOS One, na STAR Protocols e na SynBio.

Este artigo foi verificado por Rachel Garner e editado por Peter Dockrill. Apesar do nosso rigor no processo, somos humanos. Se detectar algum erro, por favor avise-nos.