Este trabajo fue apoyado por la NSF RUI Becas MCB-0950372 y DMR-1105310 titulada &quot;Caracterización molecular de Black Widow sedas de araña y comportamiento mecánico de araña Sedas pegamento&quot;, respectivamente.

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	<li>Gosline, J. M., Guerette, P. A., Ortlepp, C. S., Savage, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanical+design+of+spider+silks:+from+fibroin+sequence+to+mechanical+function.">The mechanical design of spider silks: from fibroin sequence to mechanical function.</a> J. Exp. Biol. 202, 3295-3303 (1999).</li><li>Foelix, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biology of spiders. , (1996).</li><li>Vollrath, F., Knight, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystalline+spinning+of+spider+silk.">Liquid crystalline spinning of spider silk.</a> Nature. 410, 541-548 (2001).</li><li>Spiess, K., Lammel, A., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombinant+spider+silk+proteins+for+applications+in+biomaterials.">Recombinant spider silk proteins for applications in biomaterials.</a> Macromol. Biosci. 10, 998-1007 (2010).</li><li>Stark, M., Grip, S., Rising, A., Hedhammar, M., Engstrom, W., Hjalm, G., Johansson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macroscopic+fibers+self-assembled+from+recombinant+miniature+spider+silk+proteins.">Macroscopic fibers self-assembled from recombinant miniature spider silk proteins.</a> Biomacromolecules. 8, 1695-1701 (2007).</li><li>Lazaris, A., Huang, Y., Zhou, J. F., Duguay, F., Chretien, N., Welsh, E. A., Soares, J. W., Karatzas, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+Silk+Fibers+Spun+from+Soluble+Recombinant+Silk+Produced+in+Mammalian+Cells.">Spider Silk Fibers Spun from Soluble Recombinant Silk Produced in Mammalian Cells.</a> Science. 295, 472-476 (2002).</li><li>Teule, F., Cooper, A. R., Furin, W. A., Bittencourt, D., Rech, E. L., Brooks, A., Lewis, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+protocol+for+the+production+of+recombinant+spider+silk-like+proteins+for+artificial+fiber+spinning.">A protocol for the production of recombinant spider silk-like proteins for artificial fiber spinning.</a> Nat. Protoc. 4, 341-355 (2009).</li><li>Gnesa, E., Hsia, Y., Yarger, J. L., Weber, W., Lin-Cereghino, J., Lin-Cereghino, G., Tang, S., Agari, K., Vierra, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conserved+C-Terminal+Domain+of+Spider+Tubuliform+Spidroin+1+Contributes+to+Extensibility+in+Synthetic+Fibers.">Conserved C-Terminal Domain of Spider Tubuliform Spidroin 1 Contributes to Extensibility in Synthetic Fibers.</a> Biomacromolecules. , (2011).</li><li>Hayashi, C. Y., Shipley, N. H., Lewis, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypotheses+that+correlate+the+sequence,+structure,+and+mechanical+properties+of+spider+silk+proteins.">Hypotheses that correlate the sequence, structure, and mechanical properties of spider silk proteins.</a> Int. J. Biol. Macromol. 24, 271-275 (1999).</li><li>Xu, M., Lewis, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+a+protein+superfiber:+Spider+Dragline+Silk.">Structure of a protein superfiber: Spider Dragline Silk.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 87, 7120-7124 (1990).</li><li>Hayashi, C. Y., Blackledge, T. A., Lewis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+and+mechanical+characterization+of+aciniform+silk:+uniformity+of+iterated+sequence+modules+in+a+novel+member+of+the+spider+silk+fibroin+gene+family.">Molecular and mechanical characterization of aciniform silk: uniformity of iterated sequence modules in a novel member of the spider silk fibroin gene family.</a> Mol. Biol. Evol. 21, 1950-1959 (2004).</li><li>Lazaris, A., Arcidiacono, S., Huang, Y., Zhou, J. F., Duguay, F., Chretien, N., Welsh, E. A., Soares, J. W., Karatzas, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+silk+fibers+spun+from+soluble+recombinant+silk+produced+in+mammalian+cells.">Spider silk fibers spun from soluble recombinant silk produced in mammalian cells.</a> Science. 295, 472-476 (2002).</li><li>Arcidiacono, S., Mello, C., Kaplan, D., Cheley, S., Bayley, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purification+and+characterization+of+recombinant+spider+silk+expressed+in+Escherichia+coli.">Purification and characterization of recombinant spider silk expressed in Escherichia coli.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 49, 31-38 (1998).</li><li>Menassa, R., Zhu, H., Karatzas, C. N., Lazaris, A., Richman, A., Brandle, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+dragline+silk+proteins+in+transgenic+tobacco+leaves:+accumulation+and+field+production.">Spider dragline silk proteins in transgenic tobacco leaves: accumulation and field production.</a> Plant Biotechnology Journal. 2, 431-438 (2004).</li><li>Scheller, J., Guhrs, K. H., Grosse, F., Conrad, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+spider+silk+proteins+in+tobacco+and+potato.">Production of spider silk proteins in tobacco and potato.</a> Nat. Biotechnol. 19, 573-577 (2001).</li><li>An, B., Hinman, M. B., Holland, G. P., Yarger, J. L., Lewis, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inducing+beta-sheets+formation+in+synthetic+spider+silk+fibers+by+aqueous+post-spin+stretching.">Inducing beta-sheets formation in synthetic spider silk fibers by aqueous post-spin stretching.</a> Biomacromolecules. 12, 2375-2381 (2011).</li><li>Elices, M., Guinea, G. V., Plaza, G. R., Karatzas, C., Riekel, C., Agullo-Rueda, F., Daza, R., Perez-Rigueiro, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioinspired Fibers Follow the Track of Natural Spider Silk. Macromolecules. 44, 1166-1176 (2011).</li><li>Scheller, J., Guhrs, K. H., Grosse, F., Conrad, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+spider+silk+proteins+in+tobacco+and+potato.">Production of spider silk proteins in tobacco and potato.</a> Nature Biotechnology. 19, (2001).</li><li>Kojic, N., Kojic, M., Gudlavalleti, S., McKinley, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+removal+during+synthetic+and+Nephila+fiber+spinning.">Solvent removal during synthetic and Nephila fiber spinning.</a> Biomacromolecules. 5, 1698-1707 (2004).</li><li>Jeffery, F., La Mattina, C., Tuton-Blasingame, T., Hsia, Y., Gnesa, E., Zhao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microdissection+of+Black+Widow+Spider+Silk-producing+Glands.">Microdissection of Black Widow Spider Silk-producing Glands.</a> J. Vis. Exp. (47), e2382 (2011).</li><li>Blasingame, E., Tuton-Blasingame, T., Larkin, L., Falick, A. M., Zhao, L., Fong, J., Vaidyanathan, V., Visperas, A., Geurts, P., Hu, X., La Mattina, C., Vierra, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyriform+spidroin+1,+a+novel+member+of+the+silk+gene+family+that+anchors+dragline+silk+fibers+in+attachment+discs+of+the+black+widow+spider,+Latrodectus+hesperus.">Pyriform spidroin 1, a novel member of the silk gene family that anchors dragline silk fibers in attachment discs of the black widow spider, Latrodectus hesperus.</a> J. Biol. Chem. 284, 29097-29108 (2009).</li><li>La Mattina, C., Reza, R., Hu, X., Falick, A. M., Vasanthavada, K., McNary, S., Yee, R., Vierra, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+minor+ampullate+silk+proteins+are+constituents+of+prey+wrapping+silk+in+the+cob+weaver+Latrodectus+hesperus.">Spider minor ampullate silk proteins are constituents of prey wrapping silk in the cob weaver Latrodectus hesperus.</a> Biochemistry. 47, 4692-4700 (2008).</li><li>Hsia, Y., Gnesa, E., Jeffery, F., Tang, S., Vierra, C., Cuppoletti, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+Silk+Composites+and+Applications.">Spider Silk Composites and Applications.</a> Metal, Ceramic and Polymeric Composites for Various Uses. 2, 303-324 (2011).</li></ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Las fibras sintéticas hiladas a partir de esta metodología son mecánicamente en el mismo orden de magnitud en comparación con las fibras naturales. Al disminuir la cantidad de errores humanos mediante la mecanización de la cola de impresión y los procesos posteriores de giro del sorteo, la variación entre muestras experimentales son más controlado y reducido en gran medida. Nuestra metodología ofrece la posibilidad de investigar las propiedades mecánicas de las fibras de otros que ...

La seda de araña tiene extraordinarias propiedades mecánicas que lleva a cabo a cabo varios materiales hechos por el hombre, incluyendo acero de alta resistencia, kevlar y nylon. 1 Las arañas tejen por lo menos 6-7 diferentes tipos de fibras que presentan diversas propiedades mecánicas, cada uno diseñado con cantidades variables de resistencia a la tracción y capacidad de ampliación para llevar a cabo tareas específicas de biológicos. 2 Los investigadores científicos están buscando rápidamente el uso de sedas de araña como biomateriales de próxima generación, debido a sus excelentes propiedades mecánicas, de su biocompatibilidad, y su carácter no tóxico y material verde. 3,4 Debido a la caníbal y la naturaleza venenosa de los arácnidos, la cosecha sedas de araña a través de la agricultura no es una estrategia práctica para satisfacer las demandas necesarias para la fabricación a escala industrial. Por lo tanto, los científicos han recurrido a la producción de proteínas recombinantes en seda organismos transgénicos, junto con in vitro hilado de fibras sintéticas de lasE proteínas purificadas. 8.5 Expresión de larga duración en proteínas recombinantes de seda de araña ha sido técnicamente difícil, dadas las propiedades intrínsecas de sus secuencias genéticas, que incluyen su naturaleza altamente repetitivo y longitudes físicas (&gt; 15 kb), GC-rica de contenido y parcial alanina y glicina uso de codones. 9.11 Hasta la fecha, la mayoría de los laboratorios se han centrado en la expresión de formas truncadas de las principales proteínas de la seda ampullate MaSp1 o MASP2 usando secuencias parciales de ADNc o genes sintéticos. 12-15 Spinning sintética las sedas de araña es un proceso difícil que requiere el dominio y el conocimiento en varias disciplinas científicas, y las complejidades del proceso de hilado no se han revelado al público en general por la representación de vídeo. De hecho, sólo un puñado de laboratorios en todo el mundo tienen la experiencia para expresar el ADNc de seda de araña, purificar las proteínas de la seda, hacer girar las fibras sintéticas y llevar a cabo después de la vuelta empate, y, finalmente, probar sus propiedades de biomateriales. 8,16,17 Diferentes enfoques para la hilatura de fibras sintéticas han abarcado hilado en húmedo y seco, así como los métodos de electrospinning 16,18,19 Todos los procedimientos tienen una meta en común -. El desarrollo de un protocolo que produce la seda de araña sintética con propiedades mecánicas que rivalizan con hilos naturales a gran escala los procesos de fabricación comerciales. A continuación se describe el procedimiento para generar las sedas de araña artificiales a escala de laboratorio utilizando una metodología de hilatura en húmedo. En comparación con otros métodos de hilado, hilado en húmedo ha producido los resultados más consistentes para el análisis de fibra. Se describen este procedimiento comenzando con la expresión de las proteínas recombinantes en bacterias de seda, seguido por la purificación de ellos y, a continuación se describen los pasos de preparación de proteínas para el hilado, incluyendo una metodología sorteo posterior giro aplicado a &quot;como&quot; fibras hiladas en que los rendimientos de hilos con propiedades de los materiales que se acercan a la calidad de las sedas de araña naturales. Nuestro METODOLOGÍy está diseñado para imitar el proceso natural de hilado de fibras de seda y se basa en gran medida nuestra experiencia de la arquitectura y el funcionamiento de las glándulas productoras de seda de la orbe-y mazorca de tejido de las arañas. 20-22 Además, se concluye con la necesaria pasos para determinar las propiedades del material de las fibras sintéticas utilizando un tensiómetro para trazar curvas tensión-deformación, que permiten a los investigadores a calcular la resistencia última, deformación última, y ​​la tenacidad de las fibras. Por último, pero de gran valor, los aparatos de hilatura, cola, y el dibujo puede estar en casa-construida con piezas disponibles en el mercado, en lugar de la compra de equipos a medida elaborado y costoso.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reactivo / Equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> pBAD / TOPO ThioFusion Kit de Expresión </td><td> Invitrogen </td><td> K370-01 </td><td></td></tr><tr><td> Lisis de la célula FastBreak reactivo, 10x </td><td> Promega </td><td> V857C </td><td></td></tr><tr><td> Ni-NTA agarosa </td><td> Qiagen </td><td> 30210 </td><td> Incluye instrucciones para tampones </td></tr><tr><td> ProteoSilver kit de tinción de plata </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> PROTSIL1-1KT </td><td></td></tr><tr><td> FreeZone liofilizador </td><td> Labconco </td><td> 7960041 </td><td> FreeZone 12plus </td></tr><tr><td> Hexafluoroisopropanol (HFIP) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 52512 </td><td></td></tr><tr><td> Jeringa </td&gt; <td> Hamilton </td><td> 7657-01 </td><td> 250 L </td></tr><tr><td> Aguja </td><td> Hamilton </td><td> 7780-01 </td><td> Medidor de 26s, extremo romo aguja intercambiable; </td></tr><tr><td> Bomba de jeringa </td><td> Aparato de Harvard </td><td> 702208 </td><td> 11Plus </td></tr><tr><td> Caliper Digital </td><td> Carrera </td><td> CP5906 </td><td> Rango 0-150 mm </td></tr><tr><td> Pinzas de acero inoxidable </td><td> World Precision Instruments </td><td> 501764 </td><td> Mini Dumont # M5S </td></tr><tr><td> Motor </td><td> Naturaleza Molino </td><td> 7090529 </td><td> 12 V CC, 2 rpm de velocidad </td></tr><tr><td> Actuador lineal </td><td> Warner Electric </td><td> 01-D024-0050-A06-LP-IP65 </td><td> 24VDC, rango de 6 pulgadas </td></tr><tr><td> Microscopio de disección </td><td> Leica Microsystems </td><td> Leica MZ16 </td><td></td></tr><tr><td> Digital MicroscOpe cámara </td><td> Leica Microsystems </td><td> DFC320 </td><td> Software: Leica Application Suite v2.8.1 </td></tr><tr><td> Vannas tijera </td><td> World Precision Instruments </td><td> 500260 </td><td></td></tr><tr><td> Microtensometer </td><td> Aurora, la Ciencia </td><td> 310C </td><td> 5N de modo dual del sistema </td></tr></tbody></table>

synthetic spider silk production on a laboratory scale

Mientras la sociedad avanza y los recursos se vuelven escasos, cada vez es más importante cultivar las nuevas tecnologías que los biomateriales de ingeniería de última generación con propiedades de alto rendimiento. El desarrollo de estos nuevos materiales estructurales debe ser rápida, rentable y hacer participar a las metodologías de procesamiento y productos respetuosos con el medio ambiente y sostenible. Las arañas tejen una multitud de diferentes tipos de fibras con diversas propiedades mecánicas, que ofrece una rica fuente de material próximos generación de ingeniería para el biomimetismo que rivalizan con los mejores materiales naturales y artificiales. Desde la recogida de grandes cantidades de seda de araña natural es poco práctico, la producción de seda sintética tiene la capacidad de proporcionar a los científicos el acceso a un suministro ilimitado de temas. Por lo tanto, si el proceso de hilatura puede ser simplificado y perfeccionado, fibras artificiales araña tiene el uso potencial de una amplia gama de aplicaciones que van desde chalecos antibalas, sutura quirúrgicas, cuerdas y cordajes, neumáticos, cuerdas para instrumentos musicales, y materiales compuestos para la aviación y la tecnología aeroespacial. Con el fin de avanzar en el proceso de producción de seda sintética y para producir fibras que muestran poca variación en sus propiedades materiales de la vuelta a girar, se desarrolló un protocolo de hilatura en húmedo que se integra la expresión de proteínas recombinantes de seda de araña en las bacterias, la purificación y concentración de las proteínas , seguido por extrusión de fibra y un tratamiento mecánico posterior giro. Esta es la primera representación visual que revela un proceso paso a paso para hacer girar y analizar fibras de seda artificial a escala de laboratorio. También proporciona detalles para minimizar la introducción de variabilidad entre las fibras hiladas a partir de la mezcla de hilatura mismo. En conjunto, estos métodos impulsará el proceso de producción de seda artificial, lo que lleva a las fibras de mayor calidad que superan las sedas de araña naturales.

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Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

A pesar de las excelentes propiedades mecánicas y bioquímicas de las sedas de araña, este material no pueden ser cosechadas en grandes cantidades por medios convencionales. A continuación se describe una estrategia eficiente para hacer girar las fibras artificiales de seda de araña, que es un proceso importante para los investigadores que estudian la producción de seda de araña y su uso como la próxima generación de biomateriales.

La producción de seda sintética araña a escala de laboratorio

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

26.5K vistas.  University of the Pacific. A pesar de las excelentes propiedades mecánicas y bioquímicas de las sedas de araña, este material no pueden ser cosechadas en grandes cantidades por medios convencionales. A continuación se describe una estrategia eficiente para hacer girar las fibras artificiales de seda de araña, que es un proceso importante para los investigadores que estudian la producción de seda de araña y su uso como la próxima generación de biomateriales.