La soie de l`araignée

La soie de l’araignée
samedi 17 novembre 2007
19:06
La soie de l’araignée
Définition de l’araignée : les araignées font partie de la famille des arachnides (classe
d’arthropodes terrestres dont le corps est composé d’un céphalothorax, d’un abdomen et de
quatre paires de pattes), leur taille varie selon les espèces allant d’une fraction de millimètre à
vingt-cinq centimètres environ ; elles sont munies de crochets à venin et de glandes séricigènes.
« Une petite main noire et poilue crispée sur des cheveux.
Toute la nuit, au nom de la lune, elle appose ses scellés. »
Jules Renard, Bestiaire
Pourquoi l’araignée produit-elle de la soie ?
L’araignée produit de la soie pour de multiples utilisations :
○ pour se déplacer ; elle s’en sert aussi comme fils de secours qui l’aident à se retenir si elle
tombe et à retrouver son chemin,
○ pour délimiter son territoire,
○ pour confectionner des cocons pour protéger ses œufs,
○ pour empaqueter ses proies,
○ pour construire les différentes parties de sa toile,
○ pour réaliser des nids voire même tapisser des terriers,
○ chez certaines araignées de petite taille, en particulier les jeunes, elles tissent un fil
appelé fil de la Vierge qui leur permet de se faire porter par le vent sur des distances
dépassant parfois cent kilomètres !
Et l’on sait qu’une même araignée produit plusieurs types de soies. Cela s’explique par le fait que
l’araignée dispose de plusieurs types de glandes séricigènes. Les glandes séricigènes sont situées à
la base postérieure de l’abdomen. Chaque type de glande débouche à l’extérieur par des orifices
bien déterminés qui sont placés à l’extrémité des filières, appelés fusules. Ces fusules, très
nombreuses, forment l’embouchure des glandes séricigènes. A leur extrémité, se trouve un pore à
travers lequel s’effectue la sécrétion des glandes séricigènes. Toutefois, la soie sécrétée par les
glandes séricigènes est soluble et forme de minuscules gouttes. Sous l’effet d’une technique de
filage, la soie liquide se transforme en un fil de soie élastique. Cette transformation est permise
par un étirement énergique des gouttes de soie par l’araignée.
Pour illustrer cette diversité des glandes séricigènes chez l’araignée, nous avons choisi
l’exemple de l’épeire fasciée :
Le document ci-dessus présente schématiquement les différentes glandes séricigènes et
l’utilisation correspondante qu’en fait l’araignée :
○ les glandes ampullacées fournissent les fils de soutien de la toile,
○ les glandes pyriformes fournissent les fils adhésifs de la spirale de la toile,
○ les glandes aciniformes fournissent le fil pour empaqueter les proies,
○ les glandes tubuliformes fournissent le fil pour construire les cocons.
Quelles sont les propriétés qui rendent la soie d’araignée si particulière ?
La soie d’araignée présente de remarquables propriétés :
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La soie d’araignée présente de remarquables propriétés :
○ les fils de soie ont une résistance spécifique(1,3 GPa) plus grande que celle de l’acier et une
résilience(16104 J/kg) plus élevée que celle d’un polymère synthétique, tout en étant plus
fins qu’un cheveu (0,02 m),
○ ils sont moins résistants que le kevlar, mais plus extensibles,
○ l’élasticité de la soie l’araignée est unique étant donné que peu de fibres ayant une
résistance à la tension comparable à celle de la soie d’araignée peuvent subir un étirement
de plus de 40 % avant de se rompre.
Pour mieux illustrer ces propriétés, le tableau ci-dessous établit la comparaison entre la soie
d’araignée, le kevlar et l’acier :
Résistance (g/d) Module d’élasticité (g/d) Energie de rupture (103 J/kg) Elongation (%)
Fil d’araignée 21,0
500
120
5-35
Kevlar
22,0
850
30
2,4
Fibre d’acier
4,0
290
2
1,4
La soie et son intérêt futur
La résistance des protéines de la soie a été utilisée pendant des siècles dans le domaine médical,
comme matériel de suture. Des problèmes au niveau immunologie liés à la séricine (partie noncristalline de la fibre de soie) ont freiné cet usage de la soie pendant les vingt dernières années.
Cependant après séparation et purification par une opération appelée décreusage qui consiste à
tremper la fibre de soie dans de l'eau chaude légèrement alcaline ou acide, la fibroïne présente
une biocompatibilité semblable à des matériaux de suture plus couramment utilisés. Ceci a
renouvelé l'intérêt des chercheurs pour utiliser la fibroïne comme matière biologique.
Les fibres de soie du bombyx mori possèdent des propriétés uniques qui remplissent plusieurs
critères nécessaires pour un échafaudage pour de la matière biologique. La soie peut être
arrangée en fibres, éponges ou en membranes. Ceci fait de la soie un excellent substrat pour des
applications biomédicales telles que des greffes de matière biologique (greffes artérielles), des
cultures de cellules, des porteurs de cellules ou encore des systèmes de filtrage pour des fluides
biologiques.
Compte tenu de ses propriétés particulières, notamment sa solidité supérieure, sa plus grande
élasticité, ses qualités biodégradables et une multitude de qualités de fil, la soie d’araignée fait
l’objet de programmes de recherches centrés sur les applications dans la médecine pour la
restauration des organes, en particulier les tissus biologiques reconstituants : en effet il s’avère
que le fil de soie d’araignée peut constituer le matériau naturel qui fournirait la structure de base
pour la reconstruction de certains organes d’articulation endommagés (muscles,…). Dans un futur
proche, les chercheurs espèrent être en mesure de fabriquer des tendons artificiels.
Au delà des applications médicales, les usages militaires (parachutes, gilets pare-balles),
automobiles (pneus, châssis des formules1,…), sportives (raquettes,…) et textiles sont nombreux
mais nécessitent une production en quantité industrielle, ce qui est délicat à obtenir dans la
mesure où les araignées se prêtent difficilement à un élevage intensif et contrôlé.
Dans la recherche des moyens de production en série, l’on a décelé une grande similitude entre
les cellules des glandes séricigènes de l’araignée et celles des glandes mammaires de la chèvre.
Grâce à une transplantation du gène qui code pour la protéine de soie d’araignée dans le
patrimoine génétique de la chèvre, on a ainsi réussi à faire produire à des chèvres transgéniques
cette précieuse fibre sous une forme soluble dans le lait.
Dans le même domaine, une autre piste de recherche est d’utiliser le bombyx mori transgénique
pour la production industrielle de la protéine de soie d’araignée.
Pourquoi la soie d’araignée n’a t elle pas été exploitée par l’Homme de la même manière que la soie
de la chenille du bombyx mori ?
Avant notre ère, les Grecs anciens se servaient de la soie d’araignée comme de fil de suture pour
la fermeture des plaies, étant donné qu’elle est naturellement biodégradable. Au début du
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la fermeture des plaies, étant donné qu’elle est naturellement biodégradable. Au début du
premier millénaire, les aborigènes de Nouvelle-Guinée mimaient l’araignée en se servant de sa
soie pour la fabrication de filets de pêche. De même que les aborigènes d’Australie fabriquaient le
fil pour leurs cannes à pêche avec la soie d’araignée. Ce n’est qu’au cours du deuxième millénaire,
que les Européens évaluent la soie d’araignée. En 1830, est inventée la première machine pour
recueillir la soie d’araignée. Cependant la production ne se fait qu’en petite quantité.
Il faudra attendre le 20ème siècle pour voir l’explosion des recherches sur les multiples possibilités
d’utilisation de la soie d’araignée. Au début du siècle, des réticules en soie d’araignée sont
fabriqués pour des instruments optiques. Seule l’armée américaine développe des recherches de
grande envergure et répertorie les propriétés de la soie d’araignée . Dans les années 70, elle se
penche sur les fibres anti-balistiques. Au milieu des années 80, Randy Lewis clone et dépose le
brevet sur les gènes de la soie d’araignée et l’armée américaine tente de produire des protéines
de soie d’araignée sans succès. A la fin des années 90, la firme Nexia obtient les brevets de Lewis.
A l’aube du troisième millénaire, Nexia et l’armée américaine annoncent avoir produit les
premières fibres à haute performance synthétiques en soie d’araignée.
Les échecs concernant la production de soie d’araignée s’expliquent par deux caractéristiques de
l’araignée. L’araignée ne peut être élevée comme le bombyx mori compte tenu de son besoin d’un
territoire. De plus, élevées en groupe, les araignées se mangeraient entre elles.
Structure et composition de la soie
La soie est essentiellement constituée de deux protéines : fibroïne (63,5%) et séricine (22,5%). La
fibroïne constitue la partie centrale du brin tandis que la séricine entoure la partie centrale du
brin. Les 14% restants regroupent des matières grasses, minérales, et des traces d’eau.
Cependant, la séricine n’est pas à l’origine des qualités textiles de la soie ; elle ne lui donne que sa
coloration. Ainsi les propriétés de la soie reposent sur la fibroïne.
La fibroïne est une protéine fibreuse dont la composition et la structure confèrent au fil de soie
ses qualités. Elle est composée de chaînes polypeptidiques.
La séquence répétitive d’acides aminés donne lieu à une structure fortement cohérente qui
procure au fil de soie ses propriétés uniques. Il existe deux régions qui présentent des séquences
répétitives d’acides aminés : une séquence riche en alanine et une séquence riche en glycine.
La forme d’une structure repliée appelée feuillet bêta prise par la protéine est due à la séquence
riche en alanine. Elle s’apparente à un feuillet de papier en accordéon. Lorsque la protéine de soie
se replie, les feuillets bêta se juxtaposent pour produire une protéine densément constituée
(comme le montre la figure ci-dessous à droite). Les feuillets bêta, de plusieurs molécules de
protéines, sont maintenu entre eux par plusieurs liaisons hydrogènes pour former des cristallites
bêta, qui donnent à la soie sa force et sa résistance.
Pour sa part, la séquence riche en glycine forme des spirales. Ces spirales ne sont modifiées qu’au
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moment où la soie est sécrétée ou étirée. Au moment de leur sécrétion, les spirales forment un
type d’hélice particulier. Ce type d’hélice augmente davantage la résistance mécanique de la soie
d’araignée, elle est appelée hélice 31. Ces hélices confèrent à la soie d’araignée son élasticité qui
peut être comparée à un ressort.
Pasted from <http://bombyx2.tripod.com/>
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Futura-sciences
jeudi 29 novembre 2007
18:47
Le fil d'araignée ou l'arme de la biotechnologie
Source : ADIT BE Allemagne
Fruit de 400 millions d'années d'évolution, la soie des araignées est considérée comme le St Graal en
matière de performance de fibre. L'équipe du Dr. Thomas Scheibel, de la Chaire de biotechnologie de
l'université technique de Munich, a développé deux procédés de fabrication de la protéine présente
dans le fil d'araignée.
Contrairement au fil de soie, le fil d'araignée ne pouvait être exploité à grande échelle car l'araignée de
par sa nature carnassière ne peut que très difficilement être mise en élevage. Aucun procédé artificiel
de remplacement n'existait jusqu'alors.
La première méthode développée par les scientifiques, utilise les lignes cellulaires de papillons. Grâce à
un virus, les scientifiques ont introduit les gènes responsables du fil d'araignée dans des cellules de
papillons. Il a été ainsi possible de produire des protéines de fil d'araignée en quantité suffisante pour
recueillir les premiers fils. Les résultats ont été publiés dans la revue "Current Biology".
La deuxième méthode emploie un système de bactéries hôtes, dans lequel les gènes peuvent être
facilement manipulés. Ce système permet de tailler les gènes et ainsi les protéines ou de les reconstituer
de façon ciblée, afin de produire des fils avec des propriétés précises. Des fragments de gènes de fil sont
assemblés à volonté dans un système de clonage. Ainsi apparaissent des protéines dérivées du fil
araignée naturel, mais qui peuvent être modifiées et transformées suivant les besoins. Ceci constitue
une base pour des fils avec des propriétés bien définies.
Plus résistant que l'acier
Le fil d'araignée présente des caractéristiques susceptibles d'intéresser l'industrie. En effet, sa
disposition moléculaire rend ce matériau très extensible, beaucoup plus que la gomme par exemple, et
lui permet de supporter des charges extrêmement importantes car sa résistance est supérieure à celle
de l'acier. Les chercheurs estiment que cette fibre peut supporter un poids de plus de 45 tonnes par
cm² ! Ce fil est léger et résiste à l'eau, mais peut cependant en absorber autant que la laine. Le
développement de fil d'araignée en laboratoire signifierait le lancement d'une nouvelle génération de
matériaux plus écologiques et plus économes en énergie au niveau de la production.
Les scientifiques de Munich ont déjà déposé les deux procédés à l'office des brevets avec le soutien du
"bureau des inventeurs de université technique de Munich" ainsi que "l'initiative des brevets des
universités de Bavière". Thomas Scheibel s'est vu décerner le premier prix des "Junior Scientist Awards"
en septembre 2004 lors de la semaine des matériaux 2004. Ce nouveau procédé de fabrication promet
de remporter beaucoup de succès auprès des industriels ; une entreprise internationale de chimie a
d'ores et déjà établi un contrat sur les nouveaux matériaux.
Pasted from <http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/physique-1/d/le-fil-daraignee-ou-larme-de-labiotechnologie_4934/>
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