泛亚电竞蚕“吐”蜘蛛丝比防弹背心纤维坚韧6倍

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泛亚电竞蚕“吐”蜘蛛丝比防弹背心纤维坚韧6倍

东华大学生物与医学工程学院教授孟青与西南大学前沿交叉学科研究所教授夏青友团队合作，让转基因蚕“吐出”蜘蛛丝，比防弹背心中使用的凯拉维尔纤维坚韧6倍。《物质》于9月20日发表了相关研究。这是人们第一次用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白，研究展示了商业合成纤维环保替代品的新技术。

科学家们认为蜘蛛丝是合成纤维的可持续替代品。通常由产生温室气体排放的化石燃料产生的合成纤维向环境释放有害微塑料。之前开发的人造蜘蛛丝工艺需要在蜘蛛丝表面涂一层糖蛋白和脂质，类似于蜘蛛在网上涂一层抗衰老的“皮肤层”，帮助蜘蛛抵抗潮湿和光线。

转基因蚕为这个问题提供了一个解决方案，蚕也会在自己的纤维上包裹一层类似的保护层。丝绸是目前唯一一种大规模商业化的动物丝纤维，具有完善的饲养技术，使用转基因蚕生产蜘蛛丝纤维能够实现低成本、大规模的商业化。

为了让蚕“吐出”蜘蛛，研究人员将蜘蛛蛋白基因引入蚕的DNA，利用基因编辑技术CRISPR-Cas9和数十万次微量注射到受精卵中，在蚕的腺体中表达蜘蛛蛋白。显微注射是本研究中最大的挑战之一。

东华大学生物科学与医学工程学院博士生米俊鹏仍然记得，当他看到基因编辑成功的标志——蚕的眼睛在荧光显微镜下发出红光时，他欣喜若狂。“我跑到孟清教授的办公室分享这个结果。那天晚上，我兴奋得睡不着觉。”米俊鹏回忆道。

该研究还需要定位和修改转基因蜘蛛丝蛋白，使其与蚕腺中的蛋白质相互作用，以确保纤维能够正常纺织。为此，该团队开发了丝绸的最小基本结构模型。“我们在研究中引入的定位概念和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。

他说，新研究生产的蜘蛛纤维具有很高的机械性能和重要的应用前景。例如，它们可以用作外科缝合线，满足全球每年3亿多次手术的需要。蜘蛛丝纤维还可用于制造更舒适的服装和新型防弹背心，并应用于智能材料、军事、航空航天技术和生物医学工程。

下一步，研究人员计划利用对蜘蛛丝纤维在当前研究中的韧性和强度的理解，开发转基因蚕，可以产生天然和工程氨基酸蜘蛛丝纤维。引入100多种工程氨基酸可以为工程蛛丝纤维提供无限的潜力。"米俊鹏说。

蜘蛛丝蛋白纤维由转基因蚕吐出。图片来源：米俊鹏

家蚕丝腺。图片来源：米俊鹏

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