Staal spinnen

Spinnenwebdraden in kleding, cosmetica of bruggen. Volgens het Canadese bedrijf Nexia zijn deze sterke draden goedkoop te winnen uit geitenmelk. Chemieconcern DuPont kiest voor gist.

De draden van een spinnenweb hebben uitmuntende eigenschappen. Ze zijn uiterst elastisch, vederlicht en tien keer sterker dan even dunne stalen draden. Ideaal dus voor verwerking in bijvoorbeeld kogelvrije vesten, parachutes en tenten. Spinnenrag is ook nog eens biologisch afbreekbaar, en dat maakt het een geschikte kandidaat voor milieuvriendelijke verpakkingen. Maar helaas. Spinnen zijn, in tegenstelling tot de vriendelijke zijderupsen, niet te kweken want in een groep maken ze elkaar af.

Nexia, een Canadees biotechnologiebedrijf van tachtig medewerkers, heeft een oplossing bedacht. Het laat spinnenwebdraden produceren door genetisch gemodificeerde berggeitjes die een extra gen hebben, afkomstig van de spin Nephila clavipes. De dieren leveren twee tot vijftien gram spinnenwebeiwit per liter melk. Van de geitjes Peter en Webster — in januari geboren en in juni al volwassen — is Nexia nu via klonen een kudde aan het opbouwen. Daartoe heeft het in juni vlakbij New York een stallencomplex van 25 hectare aangekocht. Met het Canadese ministerie van Defensie heeft Nexia afgesproken draden te maken voor verwerking in soldatenvesten. Daarnaast wil het ongesponnen eiwitten leveren aan onder meer producenten van medisch implantatiemateriaal en cosmetica.

``Spinnenwebdraden in geitenmelk? Ik schrok even toen ik het hoorde'', zegt dr. Paul Leufkens van collega-bedrijf Pharming, dat industriële eiwitten wint uit koeienmelk. ``Wij zijn gewend aan het inbrengen van genen die coderen voor menselijke eiwitten, maar zij winnen dus ook niet-humane eiwitten uit melk. Wij kennen de mensen van Nexia wel. Hun wetenschappelijk directeur Costas Karatzas komt van Pharming.''

Spinnen maken ten minste zeven typen draden. Zo maken ze sterke, stevige dragline-draden om het geraamte van het web te maken, en uiterst elastische, dunne capture-draden in het midden van het web om de prooien te vangen. Onderzoekers van de Universiteit van Wyoming vonden dat beide typen spinnenwebeiwitten net even anders zijn gevouwen (Journal of Molecular Biology, feb. 1998). Spinnendraden zijn langwerpige platte vlakken van duizenden aminozuren die zijn gevouwen als een harmonica. Die vouwing is mogelijk omdat steeds hetzelfde blok van vijf aminozuren herhaald wordt. Bij de elastische draden in het midden worden de blokken gemiddeld 43 keer herhaald; bij de steviger draden voor het geraamte gemiddeld negen keer. De universiteit van Wyoming, die nauw samenwerkt met Nexia, heeft ze afgelopen tien jaar vrijwel allemaal geïsoleerd en gekarakteriseerd.

In het erfelijk materiaal van de eerste kloontjes berggeiten zit tussen de ongeveer 70.000 geitengenen maar één type spinnengen, maar toch bevat de geitenmelk flink wat spinnenwebeiwitten. Volgens Nexia is dit onverwachte succes wel te verklaren. Melkklieren en spinnenwebklieren komen op veel punten overeen. In beide gevallen maken speciale kliercellen grote hoeveelheden van de eiwitten die vervolgens in klierblaasjes worden opgeslagen en beschermd. Blijkbaar heeft de geit, net als de spin, de juiste enzymen om het spinnenwebeiwit aan te maken. Hoe die enzymen werken en welke het precies zijn, is overigens nog een raadsel. Het dieet van spinnen bestaat voornamelijk uit vliegen. Fabrieken die uit vliegenmateriaal zulke sterke, elastische spinnenwebketens zouden moeten maken, zouden dat alleen kunnen in extreem zure, hete reactoren.

Hoewel de biochemische achtergronden nog niet zijn opgehelderd, blijkt het dus geen probleem de spinnenwebeiwitten in bruikbare vorm te winnen. Ook het spinnen in draden is al gelukt. Daarbij heeft het bedrijf de kunst van de spinnen afgekeken. De spin scheidt een natte eiwitoplossing uit. Eenmaal buiten de klier drogen deze eiwitten op, terwijl ze zich vanzelf draaien in strak gespannen, niet in water oplosbare kabeltjes.

Volgens de Canadese biotechnologen is het materiaal, BioSteel genaamd, niet duur: ``Per kilo zal BioSteel even veel of zelfs minder gaan kosten dan het huidige, op petrochemische basis gemaakte aramide materiaal dat met BioSteel overeenkomt'', schrijven ze op hun uitgebreide website. Het bedrijf rept niet over ethische dilemma's of dierenwelzijn. Navraag bij een Canadese maatschappelijke organisatie leert dat daar in Canada ook weinig discussie over is. Wel schrijft Nexia dat spinnenwebeiwitten niet via bacteriën of schimmels zijn te verkrijgen, omdat deze de voor hen veel te lange ketens afbreken. Daarbij scheiden micro-organismen het eiwit in onoplosbare klonten uit, waarvan lastig draad is te spinnen.

Maar het Amerikaanse chemieconcern DuPont laat zich daar niet door afschrikken. DuPont verwacht een revolutie in de materiaaltechnologie met de komst van spinnenwebdraden uit gist, ``vergelijkbaar met de doorbraak die nylon heeft teweeggebracht'', aldus het concern op zíjn website. De oplossing voor de genoemde problemen zoekt het, samen met de British Columbia University, in het inbrengen van `synthetische' genen in het erfelijk materiaal van de gist. De onderzoekers voorspellen met computermodellen hoe ze met kleine veranderingen aan de bouwstenen, elektrische ladingen en vouwingen het spinneneiwit andere eigenschappen kunnen geven, en bouwen vervolgens een eigen eiwit. De synthetische genen die in gistcellen worden geplaatst wijken op cruciale punten af van natuurlijke spinnengenen. Met gisten is al enorm veel ervaring, dus beheersing van de reactoren is het probleem niet. ``We kunnen nu nog helemaal niet zeggen welke methode het goedkoopste is'', zegt woordvoerder Jean Louis Tronc vanuit Parijs. ``We verwachten pas over tien jaar met dit materiaal op de markt te komen en in die tijd kan er nog zoveel aan de systemen verbeterd worden.''

www.nexiabiotech.com/biosteel.html

www.dupont.com/corp/science/spidersilk.html