Sambandet mellan spindelungars tillväxt och förändringar i spindeltrådens egenskaper

Bakgrund

Spindeltråd är en av de mest studerade biologiska fibrerna. Det är extremt starkt, töjbart och segt, vilket gör det intressant både som material och för medicinskt bruk, eftersom det dessutom är biokompatibelt och biologiskt nedbrytbart. Vi vet dock fortfarande inte helt hur spindlar omvandlar sitt flytande silkprotein (”spinnmassan”) till en fast fiber som är segare än silkesmaskssilke och till och med Kevlar. En del av problemet är att sekvensen av silkproteiner (spidroiner) i sig inte kan förklara hur starka naturliga silkesfibrer är. Detta tyder på att strukturen och funktionen hos själva silkekörteln också spelar en viktig roll – en roll som i stor utsträckning har förbisetts. Hittills har silkbildningen endast studerats hos vuxna spindlar. Vi vet att det är en noggrant kontrollerad process: det flytande silket som lagras i körteln genomgår förändringar i pH-värde och jonkoncentration, tillsammans med ökande skjuvkrafter, vilket får proteinerna att sammansättas till en fast fiber. Denna fiber dras sedan ut genom spindelöppningen.

Nya resultat från forskargruppen ledd av Anna Rising, där man använt hjulspindeln Larinioides sclopetarius, har visat att olika delar av silkeskörteln är beklädda med olika celltyper, vilka var och en bidrar med olika beståndsdelar till det färdiga silket, däribland spidroiner och andra stödjande molekyler. Andra studier har använt mikro-CT-skanning för att kartlägga 3D-strukturen hos körteln och spindelöppningen hos vuxna spindlar. Trots dessa framsteg hos vuxna spindlar vet vi att silkesegenskaperna förändras avsevärt med spindelns storlek, även inom samma art, allteftersom spindlarna växer.Mycket lite är dock känt om hur själva silkeproduktionssystemet utvecklas, eller om körtelstrukturen och silkesegenskaperna mognar tillsammans över tid. Endast ett fåtal studier, främst på silkesmasken Bombyx mori, har undersökt hur silkeskörtlarna utvecklas. När det gäller spindlar är det fortfarande helt outforskat hur silkesystemet förändras från nykläckta spindelungar till ungspindlar och vuxna spindlar.

Projektbeskrivning

Projektet inleds under våren, så snart de första spindlarna av arten Larinioides sclopetarius kan samlas in. Spindlarna kommer att hållas i laboratoriet och matas tills de lägger kokonger. När spindelungarna kläcks kommer de att hållas separat, och dess tillväxt och kroppsstorlek kommer att övervakas under minst tre månader. Med jämna mellanrum kommer draglinesilke att samlas in från varje spindelunge och analyseras med hjälp av mekaniska tester (dragprov) och strukturella/morfologiska metoder (elektronmikroskopi och FTIR) för att karakterisera dess materialegenskaper. Dessa egenskaper kommer sedan att kopplas till spindelungens storlek för att bedöma hur silkets prestanda förändras under utvecklingen. Studenten kommer att få insikter i morfogenesen under utvecklingen, liksom i de analytiska metoder som används för att studera den.

Syfte och hypotes

När spindlar utvecklas från spindelungar till vuxna individer kan deras silkeskörtlar genomgå en rad utvecklingsmässiga förändringar. Dessa anatomiska förändringar leder till gradvisa förändringar i spindelsilkets egenskaper i takt med att spindelungarna blir äldre. Vår hypotes är att förändringar i spindlarnas storlek och körtelstrukturen hänger samman med förändringar i silkesfibrerna, däribland deras morfologi, sekundärstruktur och mekaniska egenskaper.

Specifikationer

Intresse för att arbeta med spindlar och för att lära sig analytiska och kemiska metoder. Goda kunskaper i engelska, både skriftligt och muntligt.