修改DNA诱骗细菌产蛛丝

照片来源:克里斯托弗·鲍文

蜘蛛能纺出工程师梦寐以求的东西。它们的丝像钢一样坚硬，而且有弹性、无毒、可生物降解。但是蜘蛛不容易繁殖。每个只能生产少量的丝，有时会互相残杀。几十年来，科学家们一直试图将这种银线复制用于手术缝合线、运动器材和防弹背心。然而，他们的合成纤维仍然缺乏。今天，一个团队“欺骗”细菌生产出像天然丝一样结实和有弹性的丝。

研究人员此前已经将蜘蛛产丝的DNA移植到细菌、蚕、植物甚至山羊体内，试图大规模生产这种物质。然而，迄今为止，最好的工程纤维的强度只有真正蜘蛛丝的一半。蛛丝韧性的秘密在于由数百种重复氨基酸组成的大蛋白质分子。这些氨基酸由长度相似的重复DNA序列编码。然而，华盛顿大学能源、环境和化学工程学院的教授张付中说，“总的来说，大自然不喜欢重复DNA，它会找到消除它的方法。”虽然蜘蛛知道如何保持大的DNA稳定，但对于其他生物来说，这个重复单位已经被切割或改变了。

为了解决这个问题，张和他的同事们修改了参与制造蜘蛛丝蛋白的蜘蛛DNA。拥有这种经修饰的DNA的经修饰的微生物会产生带有独特“标签”的蜘蛛丝蛋白分子。这些“标签”将两个分子粘在一起，形成所需的长链，然后脱落。如此获得的蛋白质比最大的天然蛋白质长。研究人员将这些蛋白质磨成粉末，并将其混合成溶液。这种溶液可以纺成与天然蜘蛛丝强度相同的纤维。研究人员在最近出版的《生物大分子》杂志上报道了这一结果。

张表示，合成蜘蛛丝可能是尼龙等石油纤维的可持续替代品。然而，挑战在于如何以低成本大量生产它。圣迭戈州立大学化学与生物化学学院的格雷戈里·霍兰德教授没有参与这项工作，他说最新的方法可能会面临同样的问题，因为纺丝溶液是由腐蚀性和昂贵的溶剂制成的。(宗华)

相关纸质信息:

DOI:10.1038/scientific American 1218-19

中国科学新闻(2018-12-03第二版国际版)