De nombreux chercheurs rêvent de déchiffrer l’incroyable capacité des araignées à créer des fils de soie super résistants, super légers et super flexibles, mais jusqu’à présent, personne n’a été en mesure de reproduire le travail des araignées.
S’il devenait un jour possible de produire un matériau synthétique avec les mêmes propriétés, un tout nouveau monde de possibilités pourrait s’ouvrir : la soie d’araignée artificielle pourrait remplacer des matériaux comme le Kevlar, le polyester et la fibre de carbone dans les industries et être utilisée, par exemple, pour fabriquer gilets pare-balles légers et souples.
La post-doctorante et biophysicienne Irina Iachina du Département de biochimie et de biologie moléculaire de l’Université du Danemark du Sud (SDU) est impliquée dans cette course pour découvrir la recette de la super soie. Elle est fascinée par la soie d’araignée depuis qu’elle est étudiante à la maîtrise à SDU, et actuellement, elle fait des recherches sur le sujet au Massachusetts Institute of Technology de Boston avec le soutien de la Fondation Villum.
Dans le cadre de ses recherches, elle collabore avec le professeur agrégé et biophysicien Jonathan Brewer à SDU, qui est un expert dans l’utilisation de divers types de microscopes pour scruter les structures biologiques.
Ensemble, ils ont maintenant, pour la première fois, étudié les parties internes de la soie d’araignée à l’aide d’un microscope optique sans couper ni ouvrir la soie de quelque manière que ce soit. Ce travail vient d’être publié dans les revues Rapports scientifiques et Balayage.
« Nous avons utilisé plusieurs techniques de microscopie avancées, et nous avons également développé un nouveau type de microscope optique qui nous permet de regarder jusqu’au bout d’un morceau de fibre et de voir ce qu’il y a à l’intérieur », explique Jonathan Brewer.
Jusqu’à présent, la soie d’araignée a été analysée à l’aide de diverses techniques, qui ont toutes fourni de nouvelles informations. Cependant, ces techniques présentent également des inconvénients, comme le souligne Jonathan Brewer, car elles nécessitent souvent de couper le fil de soie (également appelé fibre) ouvert pour obtenir une coupe transversale pour examen microscopique ou de congeler les échantillons, ce qui peut altérer la structure. des fibres de soie.
« Nous voulions étudier des fibres pures et non manipulées qui n’ont pas été coupées, congelées ou manipulées de quelque manière que ce soit », explique Irina Iachina.
À cette fin, le duo de chercheurs a utilisé des techniques moins invasives telles que la diffusion Raman anti-stokes cohérente, la microscopie confocale, la microscopie à épuisement de la fluorescence par réflexion confocale ultra-résolution, la microscopie à balayage d’ions d’hélium et la pulvérisation d’ions d’hélium.
Les différentes études ont révélé que la fibre de soie de l’araignée est constituée d’au moins deux couches externes de lipides, c’est-à-dire de graisses. Derrière eux, à l’intérieur de la fibre, il y a de nombreuses soi-disant fibrilles fonctionnant dans un arrangement côte à côte droit et serré (voir illustration). Les fibrilles ont un diamètre compris entre 100 et 150, ce qui est inférieur à la limite de ce qui peut être mesuré avec un microscope optique ordinaire.
« Ils ne sont pas tordus, comme on aurait pu l’imaginer, alors maintenant nous savons qu’il n’est pas nécessaire de les tordre lorsqu’on tente de créer de la soie d’araignée synthétique », explique Irina Iachina.
Iachina et Brewer travaillent avec des fibres de soie de l’araignée orb-web, Nephila Madagascariensis, qui produit deux types de soie différents : l’un, appelé MAS (Major Ampullate Silk fibres), est utilisé pour construire la toile de l’araignée, et c’est aussi le soie que l’araignée utilise pour s’accrocher. Irina Iachina l’appelle la bouée de sauvetage de l’araignée; il est très solide et a un diamètre d’environ 10 micromètres.
L’autre, appelée MiS (Minor Ampullate Silk Fibers), sert de matériau auxiliaire pour la construction. Il est plus élastique et a typiquement un diamètre de 5 micromètres.
Selon l’analyse du duo, la soie MAS contient des fibrilles d’un diamètre d’environ 145 nanomètres. Pour MiS, il est d’environ 116 nanomètres. Chaque fibrille est constituée de protéines, et plusieurs protéines différentes sont impliquées. Ces protéines sont produites par l’araignée lorsqu’elle crée ses fibres de soie.
Il est important de comprendre comment ils peuvent créer des fibres aussi résistantes, mais les fibres sont également difficiles à produire. Par conséquent, les chercheurs dans ce domaine comptent souvent sur les araignées pour produire la soie pour eux.
Alternativement, ils peuvent se tourner vers des méthodes informatiques, ce sur quoi Irina Iachina travaille actuellement au MIT :
« En ce moment, je fais des simulations informatiques sur la façon dont les protéines se transforment en soie. Le but est bien sûr d’apprendre à produire de la soie d’araignée artificielle, mais je suis également intéressé à contribuer à une meilleure compréhension du monde qui nous entoure. » elle dit.
Plus d’information:
Irina Iachina et al, Imagerie à l’échelle nanométrique de la soie ampullée majeure et mineure de l’araignée orb-web Nephila Madagascariensis, Rapports scientifiques (2023). DOI : 10.1038/s41598-023-33839-z
Irina Iachina et al, microscopie ionique à l’hélium et sectionnement de la soie d’araignée, Balayage (2023). DOI : 10.1155/2023/2936788