修改DNA誘騙細(xì)菌產(chǎn)蛛絲

蜘蛛紡出了工程師夢想的東西。它們的絲和鋼鐵一樣堅固，同時具有彈性、無毒且能生物降解。但蜘蛛不容易養(yǎng)殖。每只僅能產(chǎn)生少量的絲，有時還會自相殘殺。幾十年來，科學(xué)家一直試圖仿造這種銀色的線，以用于手術(shù)縫線、運(yùn)動裝備和防彈背心。不過，他們合成的纖維始終有所欠缺。如今，一個團(tuán)隊“誘騙”細(xì)菌產(chǎn)生了和天然蛛絲一樣堅固和富有彈性的絲。

研究人員此前將來自蜘蛛的產(chǎn)絲DNA移植進(jìn)細(xì)菌、蠶、植物，甚至山羊體內(nèi)，以試圖大規(guī)模產(chǎn)生這種物質(zhì)。不過，迄今為止，最好的工程纖維的強(qiáng)度只有真正蛛絲的一半。蛛絲堅韌的秘密在于由上百個一連串重復(fù)氨基酸構(gòu)成的大型蛋白質(zhì)分子。這些氨基酸由長度相仿的重復(fù)DNA序列編碼。不過，美國華盛頓大學(xué)能源、環(huán)境和化學(xué)工程學(xué)院教授Fuzhong Zhang介紹說，“通常來說，大自然不會喜歡重復(fù)DNA，并且會想辦法清除它。”雖然蜘蛛知道如何讓大型DNA保持穩(wěn)定，但對于其他生物來說，這種重復(fù)的單元都被剪掉或者改變了。

為繞過這個問題，Zhang和同事修改了涉及產(chǎn)生蛛絲蛋白質(zhì)的蜘蛛DNA。經(jīng)過改造的擁有這種修飾DNA的微生物，會產(chǎn)生帶有獨(dú)特“標(biāo)簽”的蛛絲蛋白質(zhì)分子。這些“標(biāo)簽”將兩個分子粘在一起，從而形成想要的長鏈然后脫落。由此獲得的蛋白質(zhì)比最大的天然蛋白質(zhì)還要長。研究人員將這些蛋白質(zhì)研磨成粉末，然后混合進(jìn)一種溶液。這種溶液可被紡成強(qiáng)度和天然蛛絲一樣的纖維。研究人員在不久前出版的《生物大分子》雜志上報告了這一成果。

Zhang介紹說，合成蛛絲或能可持續(xù)地替代諸如尼龍等以石油為原料制成的纖維。不過，挑戰(zhàn)在于如何低成本、大量地生產(chǎn)它。未參與該工作的圣地亞哥州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院教授Gregory Holland表示，最新方法可能面臨同樣問題，因為紡絲溶液由具有腐蝕性且成本較高的溶劑制成。