其他

細菌工廠吐蛛絲

基改細菌生成的擬蜘蛛絲,強度與彈性媲美天然蜘蛛絲。

撰文/巴特爾(Prachi Patel)
翻譯/陳儀蓁

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細菌工廠吐蛛絲

基改細菌生成的擬蜘蛛絲,強度與彈性媲美天然蜘蛛絲。

撰文/巴特爾(Prachi Patel)
翻譯/陳儀蓁


蜘蛛絲的強度堪比鋼鐵,具延展性、無毒、可自然分解,是材料學家的夢幻極品。不過大量養殖蜘蛛並非易事,一隻蜘蛛所吐的絲量極少,同類之間有時會相互殘殺。科學家多年來一直試著仿造這些白絲,將其應用在傷口縫合、運動服飾及防彈背心上,但合成材料始終比不上天然蜘蛛絲。現在科學家培養出可生成擬蜘蛛絲的細菌,強度與彈性可比天然蜘蛛絲。


研究人員過去曾經把蜘蛛的造絲基因植入細菌、蠶、植物甚至山羊身上,試圖大量生產蜘蛛絲纖維,但即使是最佳合成纖維,強度也只有天然蜘蛛絲的一半。蜘蛛絲由大分子蛋白組成,也就是上百段不斷重複的胺基酸序列,由不斷重複的長鏈DNA轉譯而來。


美國聖路易華盛頓大學的能源、環境暨化學工程系教授張福中(Fuzhong Zhang)說:「原則上,大自然不喜歡重複的DNA序列,通常會想辦法將其移除。」蜘蛛體內有某種機制保護這些重複的DNA;在其他生物體內,這些重複片段通常會被移除或更改。


為了避開這個問題,張福中和同事修改蜘蛛的造絲基因,將其植入細菌的基因組。這些細菌生成的蛛絲蛋白帶有特殊的「標籤」,這些標籤把蛋白分子連結在一起後便會脫落,最後形成的大分子蛋白比天然的蛛絲蛋白還長。研究人員接著把這些蛋白製成粉末與溶劑混合,紡成的纖維強度可比擬天然蜘蛛絲。研究結果發表在2018年9月的《生物巨分子》(Biomacromolecules)。


張福中表示,合成的蜘蛛絲比尼龍等由石油提煉的纖維對環境友善,但難度在於如何降低成本大量生產。聖地牙哥州立大學的化學與生化教授霍蘭德(Gregory Holland)並未參與這項研究,他評論:「這項新技術使用的紡織溶劑具腐蝕性且價格不斐,同樣會面臨量產難題。研究的下一步,是測試混合其他(水性)溶劑能否紡成強度相同的纖維。」