13.11.2015

TextilienTierischer Kraftakt

Zugfester als Stahl, flexibler als Elasthan, weicher als Wolle – Forscher versuchen, Spinnenseide im Labor zu basteln. Aber die Natur lässt sich nur schwer kopieren.
Das Gewirk umschmeichelt die Schultern des Models wie flüssiges Gold. Das Cape aus Spinnenseide, bestickt mit feinsten Stichen, sieht aus, als hätten Feen es gesponnen.
Mit realer Textilproduktion hat dies spezielle Stück Haute Couture denn auch nichts zu tun; der Kunsthistoriker Simon Peers und der Modedesigner Nicholas Godley haben es entworfen und im Londoner Victoria and Albert Museum ausgestellt.
Die Herstellung war ein tierischer Kraftakt: Arbeiter in Madagaskar hatten die Seidenfäden von mehr als einer Million madagassischer Seidenspinnen vorsichtig aus deren Drüsen gezwirbelt – vier Jahre dauerte die Produktion, 300 000 Pfund soll das Spiderwoman-Cape gekostet haben.
Kleider aus Spinnenseide sind bislang rar wie weiße Trüffel, kostbares Accessoire aus einer Märchenwelt. Doch das soll sich nun ändern. Gleich mehrere Firmen sind angetreten, Spinnenseide für die Textilindustrie nutzbar zu machen.
Das japanische Unternehmen Spiber will 2016 zusammen mit dem Outdoor-Ausrüster North Face den "Moon Parka" präsentieren: eine Jacke, beschichtet mit synthetischer Spinnenseide.
Auch das kalifornische Biotech-Start-up Bolt Threads verkündet, das ebenso zähe wie anschmiegsame Material bald kommerziell herzustellen. Maßgeschneiderte, im Labor perfektionierte Spinnenseide will Bolt Threads der Textilbranche im kommenden Jahr liefern können. Die Fäden sollen eine natürliche und nachhaltige Alternative zu Polyamid, Elasthan oder anderen Kunstfasern auf Erdölbasis sein.
"Spinnenseide kann widerstandsfähiger sein als Stahl, flexibler als Elasthan und weicher als Wolle", schwärmt Firmenchef Dan Widmaier. Vollmundig nennt er das Material die "erste echte Stoffinnovation seit Jahrzehnten". 40 Millionen Dollar hat das Start-up inzwischen bei Risikofinanzierern für seine Vision eingesammelt.
Forscher versuchen seit Langem, Spinnenseide nutzbar zu machen. Das Material gilt als einer der stabilsten Naturstoffe überhaupt und damit als Kandidat für die Herstellung künstlicher Sehnen, Airbags oder kugelsicherer Westen. Bis zu zehnmal zäher als Kevlar und reißfester als Stahl sind beispielsweise manche Fäden der Radnetzspinne Caerostris darwini aus Madagaskar – das ist Weltrekord (siehe Grafik Seite 131).
Gleichzeitig ist Spinnenseide äußerst dehnbar und biologisch abbaubar. Wie Plastik kann sie in fast jede Form gebracht werden, wie Silikon auch optische Funktionen übernehmen, etwa in Speziallinsen. Auch für die Medizin ist Seide interessant,
weil sie wundheilend wirkt und im Körper nur minimale Abstoßreaktionen auslöst. Doch wie der Seide habhaft werden? Spinnen zu melken ist nicht nur immens teuer. Die Tiere zu halten ist schwer. Allzu gern fressen sie sich gegenseitig.
Forscher versuchen daher längst, das Supermaterial im Labor herzustellen. Spinnenseide besteht fast ausschließlich aus Eiweißen. In Sekunden schießt sie aus Drüsen am Hinterleib der Spinne heraus. Nur, wie geht das? Erst eine fein orchestrierte, mechanische und biochemische Meisterleistung macht die Spinne zur Spinnerin.
Am Anfang der Seidenkopiererei stand die Synthese des Grundstoffs. 1990 entschlüsselten amerikanische Bioingenieure erstmals die Gensequenz eines Spinnenseidenproteins. Inzwischen ist es gelungen, die genetische Blaupause für das Material in Bakterien, Hefen und Pflanzen einzuschleusen, die nun ihrerseits diese Proteine produzieren. Selbst Ziegen haben die Forscher erschaffen, die Seidenproteine mit der Milch ausscheiden.
Aus dem Eiweiß formen Unternehmen bereits allerhand Nützliches. So stellt die Firma Amsilk in München Spinnenproteine als Bestandteil für Kosmetika und Shampoos her. Cremes, die Seidenproteine enthalten, lindern die Ekzeme von Hunden und Pferden. Patienten vertragen Brust- oder Hüftimplantate besser, wenn eine Schicht Spinnenseide diese umhüllt.
Doch das große Ziel der Forschung, die Herstellung widerstandsfähigen Garns, blieb lange unerreicht. Denn wie Spinnen aus den Eiweißen in Sekundenschnelle Fäden formen, ist kompliziert.
Die Tiere bündeln die Seidenproteine in ihrem Spinndrüsensack zu winzigen Kugeln. Erst bei Bedarf werden diese sogenannten Mizellen zu Fäden ausgezogen. Dabei haken sich Gruppen von Proteinen zu einem Faden zusammen, den die Spinnen mit den Hinterbeinen aus ihrer Spinndrüse herausziehen.
Im Labor haben Forscher den Vorgang bereits nachgestellt. Allein, die Massenproduktion wollte nicht gelingen. Bis jetzt. Denn Firmen wie Bolt Threads behaupten, das Geheimnis nun geknackt zu haben.
Das Unternehmen startete vor sechs Jahren an der University of California in San Francisco. Firmenchef Widmaier besorgte das Studienmaterial: Hunderte von Seidenspinnen, die ihre Netze alsbald in den Labors der Firma spannen. Inzwischen ist Bolt Threads ins kalifornische Emeryville umgezogen. Riesige rote Garnrollen dienen im Foyer als Sitzgelegenheiten; die Konferenzräume sind nach Textilgeweben benannt.
Spinnen kommen in den Labors nur noch als Störenfriede vor. Stattdessen gärt in blitzblanken Fermentern Hefe vor sich hin. Die gentechnisch hergestellten Zellen geben Seidenproteine ab, die als zähflüssige Lösung, Dope genannt, durch winzige Düsen rinnen und zu Fasern aushärten.
Von der Art der Hefen, der Form der Düsen, der Temperatur und einigen weiteren Faktoren hängt ab, ob der Spinnenstoff am Ende weich wie Kaschmir, zäh wie Kevlar oder dehnbar wie Elasthan ist. "Wir können die vorteilhaften Eigenschaften aller möglichen Materialien nachahmen – und das mit einer natürlichen Faser", schwärmt David Breslauer, Forschungschef bei Bolt Threads. Die Firma kooperiert bereits mit einem Garnhersteller und erprobt die Massenproduktion der Seidenhefe in Riesenfermentern.
Gibt es also bald Slips und Boxershorts aus synthetischer Spinnenseide? Oder atmungsaktive Spinnenmembranen als Alternative zu Teflonstoffen wie Goretex? Andere Seidenforscher sind skeptisch. "Ich kenne bislang niemanden, der das Material von Bolt Threads in den Händen hatte", sagt Thomas Scheibel von der Universität Bayreuth. "Das lässt mich am Großeinsatz in der Textilindustrie für 2016 stark zweifeln."
Anwendungen wie den Moon Parka der Firmen Spiber und North Face nennt Scheibel einen "Marketing-Gag". Den Mehrwert einer Jacke mit einer Außenhaut aus Spinnenseide sehe er nicht, sagt der Biologe, der an der Münchner Firma Amsilk beteiligt ist. Wenn überhaupt tauglich als Textilie, liege die Stärke der Seide "im körpernahen Bereich", weil sie atmungsaktiv und sehr hautfreundlich sei, sagt Scheibel. Auch in Schuhen, Ski oder Skateboards kann er sich Verstärkungen aus Spinnenseide vorstellen. Allerdings werde das Material auf absehbare Zeit "noch sehr teuer" bleiben.
Die Bolt-Threads-Macher lassen sich derweil nicht entmutigen. Ihre Zielgruppe besteht aus Menschen, die für ihre neue, coole Himalaja-Überlebensjacke gern einige Hundert Euro springen lassen. Auch ihr Ökoversprechen hat die Firma auf diese Kundschaft zugeschnitten. Rund 60 Prozent aller Textilien weltweit werden auf Erdölbasis hergestellt – nachhaltiger ist ein Marathonleibchen aus atmungsaktiver Spinnenseide allemal.
Allerdings muss man auch für den Traumstoff mit ökologischen Nebenkosten rechnen. Die Hefe, mit der Bolt Threads die Seide herstellt, ist gefräßig. Die Pilzzellen vertilgen Pflanzen. "Derzeit benutzen alle großen Fermenter in den USA Maiszucker von gentechnisch verändertem Mais", räumt Bolt Threads auf seiner Website ein.
Ob synthetische Seide den textilen Massenmarkt erobern wird, bleibt also fraglich. Für Spezialanwendungen allerdings wird das Material mit den fantastischen Eigenschaften künftig zweifellos zum Einsatz kommen.
In einer Szene des Kinofilms "Spider-Man 2" von 2004 stoppt der Superheld eine New Yorker U-Bahn, indem er sein Netz quer über die Trasse spannt.
Studenten der britischen University of Leicester rechneten nach, wie realistisch das Szenario ist. Ihr Ergebnis: Mit den Fäden der Radnetzspinne Caerostris darwini könnte der Kraftakt tatsächlich gelingen.

Twitter: @philipbethge
* Oben: bei der Firma Bolt Threads in Kalifornien; unten: Detail eines Capes aus den Fäden madagassischer Seidenspinnen.
Von Philip Bethge

DER SPIEGEL 47/2015
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