Seda de abelha: a alternativa biodegradável que pode rivalizar com a seda de aranha

Enquanto o planeta se afoga em plástico, investigadores procuram materiais viáveis que sejam leves, resistentes e biodegradáveis.

Nos últimos anos, a ciência tem buscado cada vez mais referências na natureza - e uma parte enorme desse esforço se concentrou nas características notáveis da seda de aranha.

Só que existe outra alternativa promissora, bem diante dos nossos olhos: a seda de abelha.

Se isso parece estranho, é compreensível. A maior parte das pessoas nunca ouviu falar em seda de abelha.

"A produção de seda é muito mais disseminada na natureza do que a maioria das pessoas imagina", disse à ScienceAlert Oran Wasserman, biólogo molecular que concluiu o doutorado na Utah State University, no Laboratório de Seda de Aranha do Dr. Justin A. Jones.

"A seda evoluiu de forma independente muitas vezes, com pelo menos 23 origens distintas só em insetos", explicou Wasserman - incluindo formigas, abelhas e vespas.

No início deste ano, Wasserman e colegas tornaram-se os primeiros a criar um filme de um tipo específico de seda de abelha - um passo inicial essencial para aproveitar o potencial desse material extraordinário.

Seda no mundo dos insetos - e a função da seda de abelha

Entre os insetos, a seda pode servir para praticamente tudo: de construção de teias a montagem de ninhos e fiação de casulos.

No caso das abelhas, em particular, o papel é o da proteção.

"Nem toda abelha produz seda, mas, entre as que produzem, ela aparece tanto em espécies sociais quanto em espécies solitárias", disse Wasserman.

"Abelhas sociais, como abelhas-do-mel e mamangavas, produzem seda para revestir as células de cria nas colónias. Já as abelhas solitárias, que representam cerca de 75 por cento de todas as espécies de abelhas, fiam seda para construir casulos que oferecem proteção contra stressores ambientais."

"A produção de seda é muito mais disseminada na natureza do que a maioria das pessoas imagina," – biólogo molecular Oran Wasserman

Há muitos anos, investigadores analisam as propriedades de diferentes sedas, e a seda de abelha-do-mel já foi produzida de forma sintética. O laboratório de Jones avançou mais um passo no caso das abelhas solitárias, tornando possível produzir as proteínas de seda em ambiente de laboratório.

Isso é relevante porque, apesar de todo mundo reconhecer o quão impressionante é a seda de aranha - cinco vezes mais resistente que o aço por peso -, reproduzi-la em laboratório tem-se mostrado extremamente difícil.

A abelha-azul-do-pomar (Osmia lignaria) e o que torna o casulo especial

O trabalho de Wasserman concentrou-se na abelha-azul-do-pomar (Osmia lignaria), uma abelha solitária e importante polinizadora de pomares. Ela forma casulos pequenos, alongados e acastanhados, com uma tampa característica em forma de mamilo numa das extremidades.

E esses casulos aguentam mais do que aparentam.

Embora tanto o bicho-da-seda quanto a abelha-azul-do-pomar usem seda para formar casulos, a maneira de produzir o material é bem diferente. O bicho-da-seda faz o casulo a partir de um único fio contínuo.

A larva da abelha, por sua vez, segue uma lógica mais “arquitetónica”, como descreveu Wasserman: ela ancora a seda na parede da célula do ninho, puxa o filamento para o outro lado com movimentos da cabeça e prende num novo ponto, repetindo esse ciclo até ficar totalmente encerrada.

O casulo resultante tem apenas algumas camadas estruturais, mas elas atuam em conjunto para equilibrar troca de gases, proteção mecânica, retenção de umidade e resistência a parasitas.

Esse último aspeto é mais importante do que parece.

Casulos de abelhas solitárias enfrentam uma ameaça concreta: vespas parasitoides. Elas localizam os casulos por sinais químicos e, em seguida, tentam perfurá-los com um apêndice semelhante a uma agulha para depositar ovos dentro da abelha em desenvolvimento.

Na prática, o casulo de seda é a única linha de defesa da larva.

A resistência à perfuração do casulo é uma característica que o Laboratório de Jones está agora a investigar mais a fundo com um novo protocolo.

É exatamente o tipo de combinação desejada em materiais biomédicos de próxima geração, como fios de sutura cirúrgica, andaimes para engenharia de tecidos e têxteis técnicos.

Do casulo ao laboratório: recolha de fibras, proteínas (fibroínas) e filmes

O obstáculo para tirar proveito dessas propriedades era reproduzir a seda fora da larva.

As primeiras tentativas de Wasserman basearam-se em isolar fibras individuais de sedas já presentes em casulos concluídos, mas o processo era trabalhoso e acabava por quebrar muitos filamentos. Por isso, a equipa decidiu voltar à origem.

"O protocolo que desenvolvemos isola as fibras de seda diretamente da boca da larva", explica Wasserman.

Para isso, usam um sistema de criação impresso em 3D que imita a cavidade natural do ninho e criam as larvas dentro dele. Esse sistema de criação foi desenvolvido na Unidade de Pesquisa de Insetos Polinizadores do USDA-ARS.

A equipa acompanha cada larva diariamente e intervém no momento exato em que ela começa a fiar - quando os primeiros fios ainda estão soltos e ao alcance.

Em seguida, as fibras são isoladas e montadas para testes mecânicos.

"Um dos aspetos mais promissores do protocolo é que as larvas continuam a formar os seus casulos, o que indica que o método é minimamente invasivo", explicou Wasserman.

Com esses filamentos em mãos, a equipa conseguiu então produzir a seda do zero, usando técnicas de biologia molecular para inserir os genes-alvo num microrganismo engenheirado, que passou a produzi-los em laboratório.

Depois, purificaram as proteínas geradas (chamadas fibroínas) e transformaram-nas em filmes transparentes e autoportantes.

É a primeira vez que uma proteína de seda de abelha solitária é produzida dessa forma e convertida num material.

Embora ainda não seja diretamente aplicável em usos práticos, a técnica abre caminho para estudar a seda de abelha em diferentes espécies.

Sabe-se, por exemplo, que a seda de abelha-do-mel é mais elástica do que a seda da abelha-do-pomar, e o mesmo método pode potencialmente ser usado para recriar essa seda - ou até misturá-la com outros materiais.

Misturas com limo de peixe-bruxa e o que ainda falta compreender

É exatamente isso que Wasserman e colegas estão a fazer agora com a seda de abelha - ao combiná-la com algo ainda mais incomum: limo de peixe-bruxa.

Peixes-bruxa são peixes antigos, sem mandíbulas, de águas profundas, que libertam uma secreção viscosa quando se sentem ameaçados. Em contacto com a água do mar, essa secreção expande-se rapidamente, entupindo as brânquias do que estiver a atacá-los.

Esse limo é uma mistura de muco com filamentos finos de proteínas; quando esses filamentos são esticados e secos, as suas propriedades mecânicas aproximam-se das da seda de aranha.

O laboratório de Jones aplica o mesmo fluxo de trabalho molecular tanto para as proteínas de peixe-bruxa quanto para a seda de abelha, e ambos os materiais partilham uma estrutura proteica subjacente semelhante. Isso sugere que podem ser misturados para formar materiais que reúnam as melhores características de cada um.

"A seda tem sido usada para diversos fins há milénios", disse Wasserman. "Mesmo assim, a maior parte dessa atenção foi direcionada a um pequeno número de espécies, sobretudo o bicho-da-seda e as aranhas.

"Considerando os insetos de forma mais ampla, a seda é notavelmente diversa, fiada por muitas espécies que variam na composição e nas propriedades mecânicas … Mas, surpreendentemente, muitos aspetos, como a sua seda e os seus casulos, continuam pouco estudados.

"À medida que a área continua a avançar, espero que muitas dessas perguntas em aberto comecem a ser respondidas."

A pesquisa foi publicada em PLOS One, STAR Protocols e SynBio.

Este artigo passou por verificação factual de Rachel Garner e edição de Peter Dockrill. Apesar do cuidado com o processo, somos humanos. Se notar algum erro, avise-nos.