中国科学家首次通过基因改造的蚕丝织造出蜘蛛丝，为合成纤维提供了一种环保的替代品。

这项研究于9月20日发表在《Matter》杂志上，首次成功利用基因改造的蚕丝织造出完整长度的蜘蛛丝蛋白，其强度是防弹背心中使用的凯夫拉纤维的六倍。这一发现展示了一种可以用于制造环保替代品的技术，例如尼龙等合成商业纤维。

“蚕丝是目前唯一大规模商业化的动物丝纤维，具有成熟的饲养技术，”Mi说道。“因此，利用基因改造的蚕丝织造蜘蛛丝纤维可以实现低成本、大规模商业化。”

科学家们将蜘蛛丝视为一种可持续发展的替代品，合成纤维会释放有害的微塑料到环境中，并且通常是使用产生温室气体排放的化石燃料制造的。但是，寻求自然的替代品并非没有挑战。

以前开发的合成蜘蛛丝工艺在将一层糖蛋白和脂质涂覆在丝上以帮助其抵御湿度和阳光暴露方面遇到了困难，而这是蜘蛛在网上应用的一种抗衰老的“皮肤层”。

Mi表示，基因改造的蚕丝解决了这个问题，因为蚕丝会自行涂覆一层类似的保护层。

“蜘蛛丝是一种亟待探索的战略资源，”该研究的第一作者、东华大学生物科学与医学工程学院的博士候选人Junpeng Mi说道。“这项研究中产生的纤维具有非常高的机械性能，在这个领域具有巨大的潜力。这种纤维可以用作外科缝合线，满足每年超过3亿次手术的全球需求。”

Mi表示，蜘蛛丝纤维还可以用于制造更舒适的服装和创新型防弹背心，并且在智能材料、军事、航空航天技术和生物医学工程等领域可能有应用。

为了从蚕丝中织造蜘蛛丝，Mi和他的团队将蜘蛛丝蛋白基因引入蚕丝的DNA中，以使其在蚕丝腺中表达，使用了CRISPR-Cas9基因编辑技术和数十万次对受精蚕卵的微注射的组合。

Mi表示，微注射是该研究中“最重要的挑战之一”，但当他在荧光显微镜下看到蚕丝腺发出红光的时候，这意味着基因编辑成功，他感到非常高兴。

研究人员还需要对转基因蜘蛛丝蛋白进行“定位”修饰，以确保其与蚕丝腺中的蛋白质正确相互作用，确保纤维能够正确织造。为了指导这些修饰，团队开发了蚕丝的“最小基本结构模型”。

Mi表示：“这个论文中引入的‘定位’概念，以及提出的最小结构模型，与以往的研究有了显著的不同。我们相信大规模商业化即将到来。”

未来，Mi计划利用当前研究中开发的蜘蛛丝纤维的韧性和强度的见解，开发出能够从天然和工程氨基酸中产生蜘蛛丝纤维的基因改造蚕丝。

“引入超过一百种工程氨基酸的概念为工程蜘蛛丝纤维带来了无限的潜力，”Mi说道。

这项研究为可持续发展和环保纤维的制造提供了一种创新的方法。通过利用基因改造的蚕丝，科学家们成功地合成了蜘蛛丝纤维，这种纤维比传统的合成纤维更坚韧耐用，并且具有广泛的应用前景。

传统的合成纤维通常使用化石燃料制造，这会产生大量的温室气体排放。而且，这些合成纤维在使用和处理过程中会释放微塑料，对环境造成负面影响。相比之下，利用基因改造的蚕丝制造蜘蛛丝纤维是一种更环保的选择。

蜘蛛丝纤维具有出色的机械性能，可以用于制造高强度的材料，如防弹背心和外科缝合线。此外，它还可以应用于服装、智能材料、军事、航空航天技术和生物医学工程等领域。

这项研究的成功为大规模商业化铺平了道路，为未来的研究和应用提供了新的方向。通过进一步改进基因改造的蚕丝和蜘蛛丝纤维的制造技术，我们可以期待看到更多环保、可持续的纤维材料的问世。

这项研究的成果对于推动可持续发展和环保意识具有重要意义。通过寻找自然界的解决方案，我们可以为未来创造更可持续的生活方式，并减少对环境的负面影响。这项研究的成功是科学家们不断努力的结果，也为我们提供了一个更绿色的选择来替代传统的合成纤维。

本文译自 phys.org，由 BALI 编辑发布。

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