Ερευνητές από το King’s College London και το San Diego State University αποκρυπτογράφησαν τους μοριακούς μηχανισμούς που χαρίζουν στον ιστό της αράχνης τις μοναδικές του ιδιότητες, ανοίγοντας τον δρόμο για τη δημιουργία νέων βιομιμητικών υλικών. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στα Proceedings of the National Academy of Sciences, εντόπισε τις μικροσκοπικές χημικές αλληλεπιδράσεις που επιτρέπουν στο μετάξι της αράχνης να συνδυάζει εξαιρετική αντοχή με ευκαμψία. Η κατανόηση αυτών των δεσμών σε μοριακό επίπεδο θα μπορούσε να οδηγήσει στον σχεδιασμό προηγμένων ινών για χρήση σε αεροναυπηγική, προστατευτικό εξοπλισμό και ιατρικές εφαρμογές.
Αντί να επιχειρήσουν απλώς την αντιγραφή του φυσικού υλικού, οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν στους κανόνες που χρησιμοποιεί η φύση για τη δημιουργία του. Το μετάξι της αράχνης αποτελείται από πρωτεΐνες, δηλαδή αλυσίδες αμινοξέων, μέσα στις οποίες ορισμένα αμινοξέα λειτουργούν σαν μοριακά «αυτοκόλλητα». Οι επαναλαμβανόμενες και αναστρέψιμες αυτές συνδέσεις βοηθούν τις πρωτεΐνες να οργανώνονται και να σχηματίζουν μια δομή ικανή να αντέχει σε τάνυση και μεγάλα φορτία.
Ο καθηγητής Υπολογιστικής Επιστήμης Υλικών στο King’s College London, Chris Lorenz, δήλωσε: «Οι πιθανές εφαρμογές είναι τεράστιες – από ελαφριά προστατευτικά ρούχα και εξαρτήματα αεροσκαφών έως βιοδιασπώμενα ιατρικά εμφυτεύματα και μαλακή ρομποτική».
Το μετάξι της αράχνης είναι ισχυρότερο από τον χάλυβα και πιο ανθεκτικό από το Kevlar, το υλικό που χρησιμοποιείται στα αλεξίσφαιρα γιλέκα. Οι αράχνες το αξιοποιούν για την κατασκευή των ιστών τους και την κίνησή τους, ενώ οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να αναπαράγουν τις μοναδικές του ιδιότητες.
Η διεπιστημονική ομάδα χημικών, βιοφυσικών και μηχανικών χρησιμοποίησε υπολογιστικές προσομοιώσεις, μοντέλα AlphaFold3 και φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού για να δείξει ότι τα αμινοξέα αργινίνη και τυροσίνη αλληλεπιδρούν ώστε να ξεκινήσει η ομαδοποίηση των πρωτεϊνών. Αυτές οι ίδιες αλληλεπιδράσεις διατηρούνται και κατά τη δημιουργία της ίνας, διαμορφώνοντας τη νανοδομή που προσδίδει στο μετάξι τις εξαιρετικές μηχανικές του ιδιότητες.
Ο Lorenz πρόσθεσε: «Η μελέτη παρέχει εξήγηση σε ατομικό επίπεδο για το πώς οι ατάκτως δομημένες πρωτεΐνες συναρμολογούνται σε ιδιαίτερα οργανωμένες και υψηλών επιδόσεων δομές».
Ο καθηγητής Φυσικής και Αναλυτικής Χημείας στο SDSU, Gregory Holland, τόνισε πως ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα ήταν η χημική πολυπλοκότητα της διαδικασίας. «Αυτό που μας εξέπληξε είναι ότι το μετάξι – ένα φυσικό υλικό που θεωρούμε απλό – βασίζεται σε έναν εξαιρετικά εξελιγμένο μοριακό μηχανισμό», ανέφερε, προσθέτοντας ότι παρόμοιες αλληλεπιδράσεις παρατηρούνται στους υποδοχείς νευροδιαβιβαστών και στη σηματοδότηση ορμονών.
Σύμφωνα με τον Holland, ο τρόπος με τον οποίο οι πρωτεΐνες του μεταξιού υφίστανται φασική διαχωρισμό και σχηματίζουν δομές πλούσιες σε β-πτυχωτές επιφάνειες μοιάζει με μηχανισμούς που παρατηρούνται σε ασθένειες όπως η Αλτσχάιμερ. «Η μελέτη του μεταξιού μας προσφέρει ένα καθαρό, εξελικτικά βελτιστοποιημένο σύστημα για να κατανοήσουμε πώς μπορούμε να ελέγξουμε αυτά τα φαινόμενα», σημείωσε.
Η έρευνα, με τίτλο «Arg–Tyr cation–π interactions drive phase separation and β-sheet assembly in native spider dragline silk», δημοσιεύθηκε στις 23 Δεκεμβρίου 2025 στο Proceedings of the National Academy of Sciences (DOI: 10.1073/pnas.2523198122).
