De zijderups imiteren lukt al een klein beetje

De precisie van de zijderups is door chemici niet te evenaren. Maar in Nijmegen is een stapje gezet. Jurgen Smeenk bouwde met hulp van bacteriën zijdekristallen.

Michiel van Nieuwstadt

Zeventig jaar na de uitvinding van kunstzijde (nylon) is het nog altijd niet gelukt om echte spinnen- of rupsenzijde na te maken. Bacteriën, hamsters en geiten met een ingebouwd spinnengen kunnen eiwitten maken die onderdeel zijn van natuurlijke zijde, maar zulke eiwitten uitspinnen tot natuurzijde blijkt een onmogelijke opgave. Ook chemicus Jurgen Smeenk is het niet gelukt. Wél slaagde hij erin grotere bouwstenen voor zijde te maken die sterk lijken op het echte spul. Op dat onderzoek is hij vandaag gepromoveerd aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Smeenk bouwde een gen van een zijderups in het DNA van een darmbacterie in en liet de bacteriën vervolgens in petrischaaltjes de eiwitmoleculen maken die rupsenzijde zijn sterkte geven. In rupsenzijde vormen deze zogeheten bèta-plaatjes kristallen die op hun beurt worden ingebed in flexibeler materiaal. Het was tot op heden niemand gelukt zulke kristallen uit de bètaplaatjes op te bouwen. Op de finesses van het proces van zijde spinnen bijten menselijke imitators al eeuwenlang hun tanden stuk.

Smeenk koos ervoor om de bèta-plaatjes die de bacteriën in het laboratorium voor hem maakten te combineren met kunststof koppelmoleculen die in de chemische industrie worden gebruikt om verschillende materialen in een plastic met elkaar te combineren (‘blok copolymeren’). Zo slaagde hij erin de eiwitplaatjes te rangschikken tot een structuur die sterk lijkt op de kristallen die rupsenzijde versterken.

Het gebruik van transgene bacteriën om een eiwit te maken is niet nieuw, erkent Jan van Hest, hoogleraar bio-organische chemie aan de Radboud Universiteit Nijmegen en de promotor van Smeenk. „Maar tot nu toe is deze techniek vooral gebruikt om bolvormige eiwitten na te maken zoals enzymen of insuline. Dat zijn eiwitten die een functie vervullen in het lichaam. Het maken van eiwitten die weefsel versterken of elastisch maken heeft pas de afgelopen tien jaar aandacht gekregen.”

Volgens Van Hest kunnen chemici nog veel leren van de secure manier waarop levende dieren weefsels en vezels maken. Het aflezen van DNA resulteert in een lange keten met twintig verschillende aminozuren waarvan volgorde en aantal exact bekend zijn. Een dergelijke nauwkeurigheid is onhaalbaar voor een chemicus die uit kleine moleculen de polymeren samenstelt voor plastic koffiebekertjes, piepschuim of kunstzijde.

In de natuur vormen de ketens van aminozuren zich tot spiralen of bèta-plaatjes zoals de eiwitten die rupsenzijde versterken. Als chemici begrijpen hoe dat in zijn werk gaat krijgen ze zicht op supersterke of -elastische materialen waarin natuurlijke eiwitten en kunststoffen gecombineerd worden, meent Van Hest. Misschien lukt het dan zelfs om om echte zijde te maken.

Van het nabouwen van rupsenzijde is Smeenk nog ver verwijderd, maar dat is ook niet het uiteindelijke doel, aldus Van Hest. „Wel zou je deze kunstmatige eiwitten kunnen toepassen in biosensoren”, zegt hij. Als een ziekteverwekker, of milieuvervuilende stof zich bindt aan de zijde-eiwitten verandert de elektrische weerstand daarvan. Dat weerstandverschil zou je kunnen meten met een detector.