Spinnenseide: Herstellung in industriellem Maßstab

Reißfester als Stahl, dehnbarer als Gummi, extrem leicht, biologisch abbaubar - und für den Menschen so verträglich, dass die Immunabwehr nicht zuschlägt: Spinnenseide ist ein erstaunlicher Werkstoff.

Kaum ein Material beflügelt Forscher und Unternehmer so sehr: Seit 25 Jahren knobeln sie an der phantastischen Seide, versuchen Spinnen auf Farmen zu züchten und die Fäden zu melken. Doch die Achtbeiner erwiesen sich als notorische Kannibalen. Folglich müssten Farmer unzählige Einzelzellen errichten, um brauchbare Mengen zu gewinnen.

Auch die Gentechnik half zunächst nicht: Weder manipulierte Seidenraupen brachten den Durchbruch noch transgene Ziegen, die die Proteine der Seide in ihrer Milch produzierten. Stets waren die erzielten Mengen viel zu klein.

Bakterien spinnen Seide

Das deutsche Biotech-Unternehmen Amsilk will dieses Problem nun gelöst haben. "Wir können Spinnenseide von gleichbleibender Qualität ab sofort in jeder Größenordnung herstellen", sagt Biochemiker und Geschäftsführer Axel Leimer. Das teilweise streng geheime, teilweise patentierte Verfahren basiert auf Arbeiten des Spinnenseide-Pioniers und Amsilk-Mitgründers Thomas Scheibel, Inhaber des Lehrstuhls für Biomaterialien an der Universität Bayreuth. Grundlage sind gentechnisch veränderte Bakterien vom Typ Escherichia coli (E. coli). Scheibel gelang es 2004 erstmals, Gene der europäischen Gartenkreuzspinne in diese Darmbakterien einzuschleusen. Fünf Jahre später hatte Amsilk den Prozess nach eigenen Angaben so weit im Griff, dass bereits einige Kilogramm Spinnenseide-Proteine produziert werden konnten.

Doch es galt, noch einige Probleme zu überwinden: Zwar vermehrten sich die optimierten Einzeller in einer Nährlösung bei 37 Grad und Blubberbläschen aus Sauerstoff so schnell wie geplant. Doch es stellte sich als knifflig heraus, die Spinnenseide anschließend aus dem Bakterienschlamm zu extrahieren.

Lieber nichts verraten

"Im Labormaßstab haben wir das hinbekommen", sagt Leimer, "in industriellen Dimensionen wäre es damals unbezahlbar gewesen." Seit einigen Wochen hat die Firma nun ihr neues Trennverfahren erfolgreich in Betrieb. Wie das funktioniert, will Leimer lieber nicht verraten.

"Die Aufreinigung bei solchen Prozessen ist je nach benötigtem Reinheitsgrad des Produkts ausgesprochen komplex", sagt Hendrik Schewe, Biotechnologe am Forschungsinstitut des Frankfurter Netzwerks Dechema. Von vergleichbaren Verfahren, etwa der Herstellung von Insulin, sei bekannt, dass E. coli das gewünschte Produkt in der Regel intrazellulär produziere. Das heißt, der gewünschte Stoff ist in seinem Inneren eingeschlossen.

Zur Ernte müssen die Forscher die Zellen daher zertrümmern, etwa indem sie den Bakterienschlamm durch eine Düse auf einen Block schießen. Mit Ultraschall lassen sich die Bakterien ebenfalls zum Platzen bringen. Anschließend werden sie üblicherweise in mehreren Stufen gefiltert.

Ob das im Fall der Spinnenfäden auch so läuft, ist noch unklar. Die Alternative, dass die Zellen die Seide direkt ausscheiden, wäre allerdings ein ausgesprochener Glücksfall. Während die Fachwelt noch rätselt, wie die Aufreinigung abläuft, kündigt Amsilk schon die ersten Produkte mit Spinnenseide-Proteinen an. Noch in diesem Jahr soll eine Prothese vorgestellt werden, die mit dem Naturstoff beschichtet ist. "Sie verwächst besser und schneller mit dem Knochen, da die Proteine die Abwehrreaktion des Körpers verhindern", sagt Leimer. Auch Sprühpflaster oder hypoallergene Filter kämen bald auf den Markt.

Pflaster zum Sprühen

Welche Vorteile der Einsatz von Spinnenseide haben kann, lässt sich gut am Sprühpflaster veranschaulichen. Bisher wird die Haut mit einem Sprühpflaster nur verklebt - dazu wird eine Substanz verwendet, die praktisch identisch ist mit normalem Sekundenkleber. Inklusive aller Nachteile: Die Abbauprodukte des fixen Pflasters sind schwach giftig, dazu ist der dünne Film nicht so elastisch wie die Haut.

Bis heute gelten Sprühpflaster daher als Notbehelf und kommen allenfalls bei kleinen Kratzern im Schwimmbad zum Einsatz. Ein Präparat aus Spinnenseide hat diese Mängel nicht: Es ist elastisch und körperverträglich - und damit für große Wunden und professionelle Anwendung geeignet. Amsilk zufolge wird das Seidensprühpflaster selbst für die Hausapotheke bezahlbar sein. Kerstin Reimers, die an der Medizinischen Hochschule Hannover den klinischen Gebrauch von natürlicher Spinnenseide prüft, ist bereits gespannt auf die künstlich hergestellte Variante. "Da die Spinnenseide-Proteine als Pulver vorliegen, lassen sie sich besonders flexibel einsetzen", sagt die Wissenschaftlerin, etwa als kurze Fäden oder in Form eines Vlieses. Ob die synthetisch hergestellte Spinnenseide genauso gut verträglich ist wie ihr natürliches Vorbild, müsse sich aber erst noch in unabhängigen Tests zeigen, sagt Reimers. Amsilk-Mann Leimer jedenfalls ist sich sicher, dass sein Produkt auch diese Hürde nehmen wird.

Rüstung aus Spinnenseide

Zu seinem ehrgeizigsten Ziel schweigt sich Leimer aber vornehm aus. Mit einem Faden, der aus den Spinnen-Eiweißen gewonnen wird, könnten er und seine Kollegen ultraleichte schusssichere Westen oder nicht brennbare, extrem reißfeste Stoffe entwickeln. Sowohl das Militär als auch der Hochleistungssport hätten gute Verwendung dafür. Bisher konnte aber niemand diesen Wunderzwirn in der nötigen Länge herstellen. Das sei die mit Abstand komplizierteste Verarbeitungsmethode der Spinnenseide-Proteine, räumt Leimer ein: "Wir halten aber auch dieses Problem für lösbar."