De zijderups nadoen is nog niet mogelijk

Het is nog niemand gelukt om rupsenzijde na te maken.

Chemicus Jurgen Smeenk kwam in de buurt. Vandaag promoveert hij.

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

Smeenk bouwde een gen van een zijderups in het dna van een darmbacterie en liet de bacterie in petrischaaltjes de plaatvormige eiwitmoleculen maken die rupsenzijde versterken. In rupsenzijde vormen deze zogeheten bèta-plaatjes kristallen die van vorm veranderen als er aan een draad wordt getrokken (‘vloeibare kristallen’). In de zijdeklieren van de rups worden deze kristallen opgebouwd uit de bèta-plaatjes en ingebed in een matrix van flexibeler materiaal. Op de finesses van dat proces bijten menselijke imitators al eeuwenlang hun tanden stuk.

Smeenk koos ervoor om de natuurlijke bouwstenen die de bacteriën voor hem maakten in het laboratorium 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.

Van het nabouwen van rupsenzijde is Smeenk nog ver verwijderd, maar dat is ook niet het uiteindelijke doel, zegt Jan van Hest, hoogleraar bio-organische chemie aan de Radboud Universiteit Nijmegen. „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 weerstand daarvan. Dat weerstandverschil kun je meten met een detector.

Het gebruik van transgene bacteriën om een eiwit te maken is niet nieuw, erkent Van Hest. „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 in de afgelopen tien jaar de 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 keten van twintig verschillende aminozuren waarvan volgorde en aantal exact bekend is. Een dergelijke mate van nauwkeurigheid is onhaalbaar voor een chemicus die uit kleine moleculen de polymeren maakt 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 werkt hebben ze uitzicht op supersterke of -elastische materialen waarin de natuurlijke eiwitten en kunststoffen gecombineerd worden, meent Van Hest. Misschien lukt het dan zelfs om echte zijde te maken.