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蚕吐蛛丝！中国科学家获成功，比防弹背心纤维更坚韧
中国科学家让转基因蚕合成了蜘蛛丝。这种纤维比防弹背心中使用的凯拉维尔纤维坚韧6倍。这是人们首次用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白。这一发现展示了一种可以用来制造商业合成纤维环保替代品的新技术。相关论文9月20日刊登于细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Matter上。
研究人员表示，蚕丝是目前唯一一种大规模商业化的动物丝纤维，人们已经拥有完善的饲养技术。因此，使用转基因蚕生产蜘蛛丝纤维可以实现低成本、大规模的商业化。
科学家们认为蜘蛛丝是合成纤维的有前景的可持续替代品。合成纤维会向环境中释放有害的微塑料，而且通常是由产生温室气体排放的化石燃料生产的。之前开发的人造蛛丝工艺需要在蛛丝表面涂上一层糖蛋白和脂质，以帮助它抵抗潮湿和阳照——类似于蜘蛛在网上涂上的一层抗衰老的“皮肤层”。
转基因蚕为这个问题提供了一个解决方案，因为蚕也会在自己的纤维上包裹一层类似的保护层。
东华大学生物科学与医学工程学院博士研究生、论文第一作者米俊鹏说：“蜘蛛丝是一种急需开发的重要资源。这项研究中生产的蛛丝纤维具有极高的机械性能，具有重要的应用前景。例如这种纤维可以用作外科缝合线，满足全球每年超过3亿次手术的需求。”
米俊鹏说，蜘蛛丝纤维还可以用来制造更舒适的服装和新型防弹背心，并可能在智能材料、军事、航空航天技术和生物医学工程中得到应用。
为了让蚕“吐出”蛛丝，研究人员将蛛丝蛋白基因引入蚕的DNA中，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术和数十万次微量注射到受精卵中的方法，在蚕的腺体中表达蛛丝蛋白。米俊鹏说，在这项研究中，显微注射是最重大的挑战之一，但当看到蚕的眼睛在荧光显微镜下发出红光时——这是基因编辑成功的标志——他欣喜若狂。
“我手舞足蹈跑到孟清教授的办公室分享这个结果。我还清楚地记得那个晚上，我兴奋地睡不着觉。”米俊鹏说。
研究人员还需要对转基因蛛丝蛋白进行定位修饰，使它们能够与蚕腺体中的蛋白质正常相互作用，确保纤维能够正常纺出。为此，该团队开发了蚕丝的最小基本结构模型。
“这篇论文中引入的定位概念，以及提出的最小结构模型，代表了与以往研究的重大差异。我们相信大规模商业化即将到来。”米俊鹏说。
未来，研究人员计划利用对当前研究中蜘蛛丝纤维的韧性和强度的理解，开发可以产生天然和工程氨基酸蛛丝纤维的转基因蚕。“一百多种工程氨基酸的引入能为工程蛛丝纤维提供无限潜力。”米俊鹏说。
阅读论文：https://cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00421-6
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快照生成时间：2023-09-21 14:45:02
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