中国科学家用转基因蚕生产的蜘蛛丝比凯夫拉

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对具有非凡强度和韧性的轻质材料的需求很高。蜘蛛丝,一种可持续的材料,满足这些标准。尽管如此,由于纺纱机构的科学理解、工艺的技术复杂性以及低成本大规模生产的工程障碍,商业化仍然很困难。

蜘蛛网表面的脂质和糖蛋白层作为抗衰老的“皮肤层”,使用之前描述的程序应用于人造蜘蛛丝一直具有挑战性。

转基因蚕为这个问题提供了一个解决方案。中国科学家用转基因蚕合成了蜘蛛丝,其纤维比防弹背心中使用的凯夫拉纤维坚韧六倍。这是首次成功利用家蚕生产全长蜘蛛丝蛋白的研究。

该研究的第一作者、东华大学生物科学与医学工程学院博士生米说,蚕丝是目前唯一一种大规模商业化的动物丝纤维,具有成熟的饲养技术。因此,利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

在这项研究中,科学家们还发明了一种技术,可以制造一种环保的替代尼龙等合成商业纤维的方法。

为了从蚕身上纺出蜘蛛丝,科学家们将蜘蛛丝蛋白基因暴露在蚕的DNA中,利用CRISPR-Cas9基因编辑技术和数十万个受精蚕卵显微注射相结合,使其在蚕的腺体中表达。

米说:“微注射是这项研究中“最重大的挑战之一”,但当我看到蚕的眼睛在荧光显微镜下发红时——这是基因编辑成功的标志,我欣喜若狂。”

为了使转基因蜘蛛丝蛋白与蚕腺中的蛋白质正确连接,并确保纤维正确纺制,科学家还必须对其进行“定位”修饰。该小组创建了蚕丝的“最小基本结构模型”来指导这些变化。

米说:“本文引入的‘本地化’概念,以及所提出的最小结构模型,与之前的研究有很大的不同。我们相信大规模商业化即将到来。”




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