Leben am seide­nen Faden: Spin­nen­seide soll be­schä­dig­te Nerven ersetzen

Spin­nen­seide ist dehn­ba­rer als Gummi und fester als Stahl. Sie könnte bald ku­gel­si­chere Westen leich­ter machen und be­schä­dig­te Nerven­zel­len ersetzen.

Wenn Spin­nen spin­nen, werden Forscher nei­disch. Denn was die Herstel­lung reiß­fes­ter, dehn­ba­rer und zugleich hauch­dün­ner Netze an­geht, lassen sich Spin­nen nichts vorma­chen. Ihre raf­fi­nierten Fang­an­la­gen sind die Antwort der Evo­lution auf die Flug­fä­hig­keit der Insek­ten, ihre Fäden belast­ba­rer als Stahl und dabei dehn­barer als Gummi.

Spin­nen­seide wird schon lange von Menschen genutzt: Im 19. Jh. wurden daraus wert­volle Gewän­der gewebt. 2012 stellte das Victo­ria and Albert Museum in London einen Umhang aus Spin­nen­seide aus. Acht­zig Mitar­bei­tern hatten dafür fünf Jahre lang die Fäden unzäh­li­ger Spin­nen gesammelt.

Spin­nen­fä­den sind etwa acht- bis zehn­mal dün­ner als ein mensch­li­ches Haar und wiegen fast nichts. Einmal um die Erde gespannt bräch­te einer der seide­nen Fäden keine zwei­hun­dert Gramm auf die Waage. Erst bei ei­ner Län­ge von sieb­zig bis acht­zig Kilo­me­tern wür­de er unter seinem Eigen­ge­wicht reißen – ein vergleich­bar dünner Stahl­fa­den bei zehn bis drei­ßig Kilo­me­tern. Theo­re­tisch könnte eine ehrgei­zige Spinne mit ihrem Fa­den die Hoch­see­insel Helgo­land mit Bremer­ha­ven verbinden.

Durch diese Kombi­na­tion aus Stabi­li­tät und Dehn­bar­keit erreicht Spin­nen­seide in punk­to Belast­bar­keit Maxi­mal­werte. Sie kann, bevor sie reißt, drei­mal mehr kine­ti­sche En­er­gie aufneh­men als zum Beispiel Kevlar, eines der stabils­ten bekann­ten syn­the­ti­chen Fasermaterialien.

Verwen­dung von Spin­nen­seide als Faden­kreuz und Fischernetz

Die einzig­ar­ti­gen Eigen­schaf­ten der seide­nen Fäden haben Menschen schon früh zur Nutzung des Bioma­te­ri­als inspi­riert. Mit größ­tem Aufwand wurden im Mittel­al­ter kleine Stoff­stü­cke wie Schals aus Spin­nen­seide gewo­ben. Diese extrem teuren Sta­tus­sym­bo­le demons­trier­ten Reich­tum und Macht ihrer Besitzer.

Spin­nen­seide ist dehn­ba­rer als Gummi und fester als Stahl. Schon früh wurden die Fäden als Naht­ma­te­rial bei Opera­tio­nen benutzt.

Bis zum zwei­ten Welt­krieg wuden Spin­nen­sei­den­fä­den wegen ihres gerin­gen Durch­mes­sers und ihrer hohen Belast­bar­keit zur Herstel­lung von Faden­kreu­zen für U-Boo­te und Flug­zeuge verwen­det. Eine beson­dere Anwen­dung der Seide findet sich bis heu­te auf den poly­ne­si­schen Solo­mon-Inseln. In Bambus­rah­men gesetzt spin­nen die dort le­ben­den Seiden­spin­nen bis zu sechs Quadrat­me­ter große Netze. Die ein­ge­bo­re­nen Fi­scher haben die Spinne längst als unge­wöhn­li­ches Nutz­tier entdeckt und ver­wen­den die so erzeug­ten Kescher zum Fischfang.

Forscher arbei­ten mit Hoch­druck daran, Spin­nen­seide biotech­no­lo­gisch herzu­stel­len. Das Bioma­te­rial könnte über­all dort einge­setzt werden, wo die Kombi­na­tion von Sta­bi­lität, Dehn­bar­keit und gerin­gem Gewicht erwünscht ist. Etwa in der Raum­fahrt­tech­no­lo­gie, im Brücken­bau oder zur Herstel­lung leich­ter kugel­si­che­rer Wes­ten und dehn­ba­rer Fang­seile für Flug­zeug­trä­ger. Auch profa­nere Einsatz­ge­biete sind denk­bar: Strumpf­ho­sen, Fall­schirme oder Kletterseile.

Erste Erfolge in der biotech­no­lo­gi­schen Herstel­lung der Seide

Dem Bioche­mi­ker Prof. Dr. Thomas Schei­bel und seinem Team von der Univer­si­tät Bay­reuth ist es gelun­gen, das Seiden­pro­tein, den Grund­bau­stein der Fäden, bioche­misch herzu­stel­len. Auf diese Weise können bereits hauch­dünne Ober­flächen­be­schich­tungen, biolo­gisch rück­stands­los abbau­bare Kapseln für Medi­ka­men­te und Seiden­fi­la­mente in Form von Vlies­stof­fen herge­stellt werden. Nur die Pro­duk­tion der Sei­den­fä­den ge­lingt noch nicht zufriedenstellend.

Das Netz der Riesen­rad­netz­spinne (Nephila inau­rata) hat oft ein golde­nes Zentrum. Aus dieser golde­nen Spin­nen­seide werden edle und aufwän­dige Teppi­che gewebt. FOTO: Nicole Ernst, Seychellen

Was die Spinne mit Links macht, ist nicht so einfach nach­zu­ah­men, denn das Protein liegt in den Spinn­drü­sen in wäss­ri­ger Lösung vor. Erst durch komplexe chemi­sche Vor­gänge im Spinn­ka­nal, das gleich­mä­ßige Heraus­zie­hen aus der Spinn­warze und die da­raus resul­tie­rende Ausrich­tung der Seiden­pro­te­ine wird daraus ein stabi­ler, dehn­ba­rer Faden.

Die dafür benö­tigte genaue Abstim­mung von chemi­schen Prozes­sen in Kombi­na­tion mit einem konti­nu­ier­li­chen Zugme­cha­nis­mus stellt Wissen­schaft­ler und Inge­nieure vor eine große Heraus­for­de­rung: Kein in der Indus­trie etablier­tes Spinn­ver­fah­ren lässt sich dafür adap­tie­ren und anwen­den“, erklärt Schei­bel. Er ist dennoch zuver­sicht­lich. „Bei der derzei­ti­gen Entwick­lung ist aber abzu­se­hen, dass rekom­bi­nante Seiden­pro­te­ine demnächst Einzug in neuar­tige Produkte und damit ins tägli­che Leben halten werden.“ 2010 ist es ihm in Zusam­men­ar­beit mit einem Team der TU München ge­lun­gen, das Geheim­nis des kompli­zier­ten Spinn­vor­gangs aufzu­klä­ren. Ein wich­ti­ger Durch­bruch für die Spinnenseidenforscher.

Leben am seide­nen Faden: Spin­nen­seide als Ersatz für beschä­digte Nerven

Die Fort­schritte seiner Arbeit werden auch von Seiten der Medi­zin mit großem In­te­res­se verfolgt. Schon Römer und Grie­chen der Antike verwen­de­ten Spin­nen­seide als Ver­­­bands- und Naht­ma­te­rial. Die Seiden­fä­den sind leicht anti­sep­tisch, biolo­gisch kom­plett abbau­bar und biokom­pa­ti­bel. Dadurch lösen sie keine Abstoß­re­ak­tion des Im­mun­sys­tems aus. Bis Spin­nen­seide in zufrie­den­stel­len­der Quali­tät und Menge bio­tech­no­logisch herge­stellt werden kann, gibt es für ihre Gewin­nung aller­dings nur eine et­was ge­wöh­nungsbedürftige Methode – das Melken von Spin­nen. Dazu werden die be­täubten Tiere unter einer Gaze fixiert, der Faden mit einer eigens entwi­ckel­ten Spu­le he­raus­gezogen. 150 bis 200 Meter Seide lassen sich so „ernten“.

Für die beiden Spin­nen­for­sche­rin­nen Chris­tina Allme­ling und Dr. Kers­tin Reimers-Fadh­­laoui gehört das Melken der Golde­nen Radnetz­spin­nen (Nephila clavi­pes) zum La­bor­all­tag. An der Medi­zi­ni­schen Hoch­schule Hanno­ver erfor­schen sie seit 2004 die Ein­satz­mög­lich­keiten von Spin­nen­seide in der Neuro­chir­ur­gie. 2007 wurde Chris­tine All­me­ling für ihre Arbeit mit dem Inno­va­ti­ons­preis der deut­schen Biore­gio­nen ausgezeichnet.

Werden bei einem Unfall Nerven­zel­len an Glied­ma­ßen oder im Gesicht durch­trennt, blei­ben diese Partien oft gefühl­los, obwohl peri­phere Nerven von Natur aus rege­ne­ra­tions­fä­hig sind. Bei großen Defek­ten finden die Nerven­zel­len aber oft nicht mehr zu­sam­men und sprie­ßen in die falsche Rich­tung. Am Nerven­stumpf bildet sich Narben­ge­we­be. Ein Trans­plan­tat aus Spin­nen­fä­den, auf die Nerven­enden aufge­pfropft, weist nach­wach­sen­den Nerven den Weg und wird zur Rettungs­leine fürs Gefühl. Erfolg­rei­che Ver­su­che mit Rat­ten lassen die Wissen­schaft­le­rin­nen hoffen, dass mensch­li­che Nerven bald am seide­nen Faden hängen könnten.

Einen viel­fäl­ti­gen Einsatz finden Spin­nen und vor allem ihre Gifte bereits in der Homöo­pa­thie. Einen Über­blick darüber gibt Peter Fraser in “Spin­nen in der Homöo­pa­thie — Grenz­gän­ger zwischen Himmel und Erde.” Eben­falls inter­es­sie­ren könnte Sie, was passiert, wenn Spin­nen unter Drogen­ein­fluss stehen.

 

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