Following the thread: Searching for new spider silk proteins with extraordinary properties

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-04-29

Department

Major/Subject

Biotuotteet

Mcode

CHEM3048

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

29

Series

Abstract

This thesis analyses spider silk, focusing on its primary constituent, spidroin proteins, and their effect on the extraordinary mechanical properties of spider silk fibers. Through a comprehensive literature review, this study delves into the structural composition and functional significance of spidroins, shedding light on the interactions during silk spinning. Furthermore, this thesis explores the genetic and morphological aspects of silk production, examining the diverse functionalities of different silk types across spider species. The variations of the mechanical properties of spider silk and their underlying genetic determinants are elucidated. As for biomimetic silk production, this thesis analyses the engineering of artificial spider silk sequences using genetic and protein engineering techniques. By tailoring recombinant spidroins with customized sequences and functional domains, this study aims to replicate the structural and mechanical properties of natural spider silk. To reach this goal, spidroins of Caerostris darwini and Argyroneta aquatica silk exhibiting extraordinary mechanical properties are used as a blueprint. Moreover, this thesis delves into the challenges and recent advancements in the cloning, expression, and purification of artificial silk proteins. Despite the obstacles, such as protein aggregation, innovative approaches, such as the expression of mini-spidroins, offer promising avenues for scalable production. The mechanisms underlying artificial spider silk production elucidated in this work together with the tailored spidroins propose a valuable contribution to the development of artificial spider silk fibers with properties comparable to natural spider silk fibers.

Tässä kandidaatintyössä analysoidaan hämähäkkisilkkiä keskittyen sen päärakenteeseen, silkkiproteiineihin, ja niiden vaikutuksiin hämähäkkisilkkikuitujen poikkeuksellisissa mekaanisissa ominaisuuksissa. Työssä tarkastellaan kirjallisuuskatsauksena silkkiproteiinien rakenteellista koostumusta ja toiminnallisia merkityksiä, sekä silkin kehruun aikana tapahtuvia rakenteellisia muutoksia ja vuorovaikutuksia molekyylien välillä. Hämähäkin silkkiproteiini koostuu kahdesta terminaalidomeenista, NT- ja CT-domeeneista, ja niiden välissä olevasta aminohapposekvenssistä, jota tarkastellaan eri silkkityyppien monipuolisissa tarkoituksissa ja mekaanisten ominaisuuksien eroavaisuuksissa sekä niiden taustalla olevissa geneettisissä tekijöissä. Moninaisten ominaisuuksien, kuten bioyhteensopivuuden, biologisen hajoavuuden ja silkkiproteiinien muodon mukautumiskyvyn, ansiosta hämähäkkisilkillä on monenlaisia sovellusmahdollisuuksia lääketieteestä tekstiiliteollisuuteen. Kandityössä analysoidaan keinotekoisen hämähäkkisilkkisekvenssien suunnittelua geeni- ja proteiinitekniikan avulla. Hämähäkkien, kuten Caerostris darwini ja Argyroneta aquatica, silkkiä voidaan mallintaa biomimeettisessä silkin tuotannossa, kuten tässä työssä tehdään. Luonnollisen hämähäkkisilkin mekaanisia ominaisuuksia replikoidaan muokkaamalla rekombinanttisia silkkiproteiineja räätälöidyillä sekvensseillä ja toiminnallisilla domeeneilla. Haasteista, kuten proteiinien laskostumisesta, huolimatta innovatiiviset lähestymistavat, kuten mini-silkkiproteiinien ekspressio, tarjoavat lupaavia mahdollisuuksia teolliseen tuotantoon. Työn tavoitteena on selvittää keinotekoisen silkin valmistuksen taustalla olevat mekanismit ja kehittää ratkaisuja, joiden avulla saadaan luonnonsilkkikuituja vastaavia keinotekoisia hämähäkkisilkkikuituja.

Description

Supervisor

Kontturi, Eero

Thesis advisor

Tunn, Isabell

Keywords

spider silk, silk sequence, artificial spider silk, silk spinning, mechanical properties, spidroin

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406114184

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM