Spinnenseide: Wunderfäden vom Achtbeiner

Ein Seidenpanzer für Soldaten oder medizinische Implantate: Spinnenseide scheint Forschern als nahezu perfektes Material, um solche Erfindungen möglich zu machen. Wenn nur die Herstellung nicht so schrecklich kompliziert wäre.

Spinnen polarisieren. Für die einen sind sie Ekeltiere, für die anderen ein Faszinosum. Manche sehen in ihnen eine Gottheit, und mancherorts sind die Achtbeiner als Delikatesse beliebt. Fritz Vollrath von der britischen University of Oxford findet sie auf seine Weise attraktiv. Ihn interessiert das einzigartige Material, aus dem Spinnen ihre Netze herstellen. "Spinnenseide ist ausgesprochen leicht, dünner als ein Haar, fester als Stahl und elastischer als Gummi. Außerdem ist sie biokompatibel und biologisch abbaubar", sagt der Wissenschaftler. Mit einer evolutionären Entwicklungszeit von mehr als 350 Millionen Jahren zählen die Proteinstränge zu den wohl ausgereiftesten Zwirnen überhaupt. Das betrifft auch den Energieaufwand: Eine Spinne braucht nur ein Tausendstel der Energie, die für die Produktion eines vergleichbaren Kunststofffadens nötig ist.

Seit vielen Jahren beflügeln die außergewöhnlichen Eigenschaften der Spinnenseide die Phantasie von Wissenschaftlern, Ingenieuren und Unternehmen. Allmählich sortieren sich die Visionen in machbar und aussichtslos. In der Diskussion waren die unterschiedlichsten Anwendungen: von kugelsicherer Seidenwäsche für Soldaten über bioabbaubare Fischernetze und Kletterseile à la Spiderman bis hin zu medizinischen Implantaten. Die Fäden müssen dabei nicht so kleben wie die Netze, die man beim Waldspaziergang zerreißt. Die Haftung ist eine Frage der Proteinmischung. Für Forscher von der Medizinischen Hochschule Hannover jedoch ist gerade das Kleben ein Anreiz. Sie erproben, wie man entlang der klebrigen Seide neue Nervenbahnen wachsen lassen könnte.

Erst kürzlich berichtete Vollraths Oxford-Team im Fachblatt Advanced Materials, Spinnenseide könnte auch helfen, neue Sensoren, zum Beispiel für Hörhilfen, zu entwickeln. Die Forscher haben herausgefunden, dass die Fäden eines Spinnennetzes in den unterschiedlichsten Frequenzen schwingen, wie verschieden stark gespannte Saiten einer Gitarre. An den Schwingungen spürt die Spinne, wo welche Beute hängt. In einer Hörhilfe könnten die Fäden womöglich helfen, die aufgefangenen und verstärkten Töne aus der Umwelt gezielt in Richtung Trommelfell weiterzuleiten.

Mikroben, Pflanzen, Raupen und sogar Ziegen sollen helfen, Spinnenproteine herzustellen

Dass bei der Nutzung des fabelhaften Materials bisher noch kein Durchbruch gelang, hat vor allem einen Grund: Die Seide lässt sich nur schwer herstellen. Spinnen selber eignen sich nicht für die Produktion, denn in Massen auf engem Raum gehalten, würden sie sich gegenseitig auffressen. Deshalb versuchen Forscher Mikroben, Pflanzen, Raupen und sogar Ziegen mit gentechnischen Methoden zur Spinnenproteinherstellung zu bewegen. Große Chemiekonzerne wie BASF und Dupont haben einem Bericht im Magazin Chemical and Engineering News zufolge ihre Produktionsversuche zwar mittlerweile eingestellt, weil es nicht schnell genug voran ging. Doch kleinere Unternehmen blicken optimistisch in die Zukunft und präsentieren sogar erste Produkte.

Das Start-up-Unternehmen Amsilk der Universität München in Planegg zum Beispiel verkauft seit Kurzem eine Hautcreme. Sie enthält zwar keine Fäden, aber doch Seidenproteine nach Spinnenart, die von genmanipulierten Darmbakterien produziert werden. "Die Proteine sind ein guter Wasserspeicher und ersetzen Fette, die normalerweise in Cremes enthalten sind", sagt Firmengründer Thomas Scheibel, der inzwischen an der Universität Bayreuth arbeitet. Außerdem bilden sie einen Film auf der Haut, auf dem sich keine Bakterien oder Pilze ansiedeln können. Das macht sie für Menschen mit Neurodermitis interessant.

Amsilk und die Universität Bayreuth arbeiten zudem an mit Seidenproteinen beschichteten, besonders gut verträglichen Brustimplantaten. "Vorklinische Studien sind sehr erfolgreich verlaufen", berichtet Scheibel. Die Ergebnisse haben die Forscher Anfang des Jahres im Fachjournal Advanced Functional Materials veröffentlicht. Danach kann die glatte Seidenschicht schmerzhafte Vernarbungen um das Implantat verhindern. Auch Entzündungen und Abstoßungsreaktionen seien seltener als bei unbeschichteten Implantaten. Die wundheilende Wirkung von Spinnenseide ist schon seit der Antike bekannt. Aristoteles zum Beispiel soll Blutungen mit einer Mischung aus Spinnweben, Weihrauch, Aloe vera, Eiweiß sowie einer Prise Hasenhaare gestillt haben.

Spiderman macht es falsch: Der Faden muss herausgezogen, nicht gedrückt werden

Mittlerweile haben die bayerischen Jungunternehmer mehr als 40 verschiedene Proteinvarianten in petto und beherrschen nach eigenen Angaben die hohe Kunst, Fasern daraus zu spinnen. Zehn Jahre haben sie dafür gebraucht und sich einiges vom biologischen Vorbild abgeschaut. "Spinnen halten die Seidenproteine in ihrer Spinndrüse in einer wässrigen Lösung und wandeln sie dann in Sekundenbruchteilen in eine Faser um", erzählt der Biochemiker. Der Spinnentrick gelinge mit einer bestimmten Salzzugabe und bei einem leicht sauren pH-Wert. Auch die Mechanik beim Spinnen muss stimmen. Der Faden muss gezogen und nicht einfach herausgedrückt werden. "Spiderman macht es genau falsch", sagt er. Der neue künstliche Seidenfaden soll nun genauso belastbar sein wie das Original. Einen ersten Stoff aus den spinnenseidenen Fäden will Amsilk spätestens Ende des Jahres präsentieren. Die Liste interessierter Unternehmen sei lang.

Das amerikanische Unternehmen Kraig aus Michigan dagegen will mit einem spinnenfadenähnlichen Produkt umprogrammierter Seidenraupen Geld verdienen. Ein erster Handschuh wurde Mitte Juni präsentiert. Die Pilotphase der Seidenproduktion sei erfolgreich abgeschlossen, erklärt das Unternehmen, jetzt gelte es, die Produktion auf industrielle Mengen hochzufahren. Und an der University of Utah in Salt Lake City, USA, erproben Forscher um Randy Lewis neben Bakterien und Raupen auch gentechnisch manipulierte Luzernen als Seidenproduzenten, eine Nutzpflanze, die üblicherweise als Viehfutter angebaut wird. Auch wollen sie die Seidenproteine aus der Milch von Ziegen ernten. Allerdings sind nur die Bakterien aus Raupen reif für eine erste Pilotanlage. "Für alle anderen Verfahren ist zurzeit noch kein Durchbruch in Sicht", räumt Lewis ein.

Die transgenen Ziegen sind ohnehin eher als Beispiel für Misserfolge in Sachen künstlicher Seidenproduktion bekannt. Das kanadische Biotechnologieunternehmen Nexia, das die Methode vor über zehn Jahren erstmals präsentierte und damit eine Ethikdiskussion entfachte, ist längst pleite. Und auch eines der damals in Aussicht gestellten Produkte, eine besondere leichte Variante einer kugelsicheren Weste, hat sich mittlerweile als Fehlschlag entpuppt. Fritz Vollrath erklärt warum: "So eine Weste wäre viel zu elastisch. Sie würde die Kugel zwar aufhalten, aber erst, wenn sie schon durch den Körper hindurch ist."