Analisi genetica

Per iniziare a fabbricare sete sintetiche che imitino le diverse proprietà meccaniche osservate in natura, occorre una completa comprensione delle proteine che controllano le proprietà fisiche delle fibre. Gli scienziati hanno quindi utilizzato l'analisi di sequenza per la clonazione dei geni della seta, al fine di rivelare le sequenze di amminoacidi e meglio comprendere il loro rapporto struttura-funzione. Analisi di sequenza del DNA di geni di seta diversi, recuperati da differenti specie di ragno, hanno rivelato proteine comuni nell'architettura delle sete. Analisi delle sequenze primarie delle sete dimostrano regolari ripetizioni di peptidi che possono essere raggruppati in quattro categorie:

Polyalanine (A_n) e (GA)_n, regioni che in genere contengono da sei a nove residui hanno dimostrato di formare strutture β-sheet nella fibra. Queste regioni sono responsabili della trazione ad alta
forza,sono caratterizzate da tratti ricchi di glicina. Tuttavia, la precisa struttura adottata dalle regioni ricche di glicina (ripetizione di Gly-Gly-X) è abbastanza controversa. Regioni ricche di glicina sono state descritte come una gomma amorfa da studi con diffrazione a raggi X.
Le ripetizioni Gly-Pro-Gly-X-X pare siano coinvolte in una struttura a spirale o elicoidale; questi moduli sono stati identificati nelle sete della flagelliform gland e MA gland. I distanziali, che contengono residui di carico, separano le ripetizioni in cluster.




Confronto tra gli amminoacidi che si ripetono individuati nelle diverse proteine della seta di ragno. Le proteine della seta di ragno sono modulari in natura, contenenti unità che si ripetono insieme con diverse caratteristiche molecolari.
Le aree colorate in rosso indicano ripetizione di polialanina o GA; le lettere blu denotano
ripetizioni di GGX; le lettere in arancione rappresentano ripetizioni di GPGXX; e le regioni di colore rosa denotano iterazioni di GX.

MaSp1 (DQ409057), MaSp2(DQ409058), TuSp1 (AAZ15706), ECP-1 (AAX92677) ed ECP-2 (ABC68105) tratte dal ragno L.hesperus. Flag silk dalla Nephila madagascariensis è (AAF36091); AcSp1 da Argiope trifasciata (AAR83925); MiSp1 (AAC14589) e MiSp2 (AAC14591) sono da Nephila clavipes. Gli asterischi dopo ECP-1 e ECP-2 indicano che queste sequenze non presentano le tipiche unità di ripetizione, ma sono presentati per dimostrare la presenza di moduli brevi che si trovano comunemente nelle sete.

Dragline silk

Tutte i frammenti di fibre di dragline silk hanno dimostrato di contenere più di una proteina il cui peso molecolare può arrivare fino a centinaia di kilodalton. Spidroin 1 (contrazione di spider e fibroin) e spidroin 2 sono due delle subunità proteiche della seta prodotte nei principali nelle Major ampullate glands. In base al loro modello di espressione e alle somiglianze nella sequenza primaria, queste proteine sono state nominato Major ampullate spidroin 1 e 2, (MaSp1 e MaSp2). Le MaSp hanno dimostrato di contenere brevi catene peptidiche che si ripetono più volte in varie combinazioni per formare moduli strutturali ripetitivi. Le regioni ripetitive di MaSp1 hanno dimostrato di essere essenzialmente privi di prolina, mentre sequenze sequenze ripetute di MaSp2 contengono circa il 15% di prolina. Cloni parziali di cDNA che codificano le due componenti proteiche sono state isolate e caratterizzate soprattutto dalla N. Clavipes. Studi indicano che in N. Clavipes il livello di MaSp1 nella seta è più alto di quello di MaSp2. Nel complesso studiando la composizione degli amminoacidi calcolando la concentrazione di prolina si è dedotto che la fibra contiene circa l’81% di MaSp1 e il 19% di MaSp2. Non è ancora chiaro se le percentuali siano comuni alle sete di altre specie. Prove recenti suggeriscono che specie di ragno diverse hanno diverse concentrazioni di MaSp1 e MaSp2 rispetto alla N. Clavipes. Ad esempio Argiope Aurantia produce una fibra di seta che contiene il 41% di MaSp1 e il 59% di MaSp2. Basandosi sulle ben documentate variazioni inter e intraspecifiche è plausibile pensare che la variazione proteica influenzi le doti meccaniche della seta. Quando le risorse e le condizioni di filatura sono ideali, il ragno tesse una tela con prestazioni massime, quando invece le condizioni non sono buone il ragno produce una seta metabolicamente più economica e dalle caratteristiche peggiori.
Oltre alla presenza di moduli ripetitivi all’interno di MaSp1 e MaSp2, entrambe hanno dimostrato di contenere terminali N e C non ripetitivi. Il terminale C, così come la sequenza di amminoacidi, ha dimostrato di essere presente in ragni di diversa origine filogenetica. La forte conservazione della regione C-terminale per diverse centinaia di milioni di anni implica un importante ruolo strutturale. Inizialmente, due funzioni sono state proposte per la regione C-terminale, tra cui (1) il ruolo di peptide segnale e (2) come partecipante necessario per il controllo della solubilità del fibrone nella filatura ad alta concentrazione. Anche se queste funzioni non si escludono a vicenda, studi recenti hanno rivelato che le MaSp conservano il loro terminale C dopo l'estrusione. Poiché le sequenze segnale sono tipicamente rimosse nella proteina matura, il loro mantenimento nella fibra estrusa riduce la probabilità che abbiano esclusivamente ruolo di segnale. Prove del fatto che il terminale C sia coinvolto nella trasformazione dalla fase liquida a quella solida cominciano a guadagnare favore scientifico. Regioni localizzate del terminale C sono state recentemente determinate come modulatori della solubilità dei fibroni, in forte dipendenza dalle condizioni ambientali.
Un evento biologico che controlla la filatura è probabilmente la concentrazione di idrogeno. Residui entro i terminali C sono stati proposti come bersaglio per la ionizzazione, che potrebbe avere un ruolo importante nell'avvio dell’ assemblaggio di proteine della seta di ragno.

Indice

Morfologia del ragno

Proprietà fisiche della seta

Analisi genetica

Applicazioni pratiche

Ultime ricerche

Conclusioni

Bibliografia