科学家利用蜘蛛丝制造服装和医疗设备

斯皮伯希望这些合成纤维可以纺成冬装和座椅面料。

图片来源:kiyo shita/Bloomberg via Getty mages

对蜘蛛丝的赞美始于19世纪10年代。当时，位于蒙彼利埃的法国皇家科学学会主席弗朗索瓦·泽维尔·邦·德·圣·希莱尔(Franois Xavier Bon de Saint Hilaire)在给他的同事的一封信中写道:“听说蜘蛛丝和普通丝一样美丽、结实、光滑，你会非常惊讶。”现代阿谀称蜘蛛丝比钢强五倍，但比橡胶更柔韧。如果能做成绳子，一个大规模的网就能容纳一架喷气式客机。

关键词是“如果”。研究人员于1990年首次克隆了蜘蛛丝基因，希望将其植入其他生物体内生产丝。蜘蛛不能像蚕一样被养大，因为它们是领地动物，以同一物种为食。如今，大肠杆菌、酵母、植物、蚕甚至山羊都可以通过基因改造大量生产蜘蛛丝蛋白，尽管这些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短更简单。该公司已经成功地将这些蛋白质转化成足够结实的线，生产出一些原型服装，包括阿迪达斯的跑鞋和贝莲的轻便大衣。然而，迄今为止，该公司仍在努力大规模生产此类服装。

一些经理表示，他们可能最终会改变策略。位于美国加利福尼亚州埃默里维尔的初创公司博尔特螺纹公司(Bolt Threads)表示，它已经完善了在酵母中培养蜘蛛丝蛋白的方法，预计每年将生产数吨蜘蛛丝。在密歇根州的兰辛市，克拉格生物筏实验室表示，只有通过与越南蚕场的最终谈判，它才能生产大量蜘蛛丝和蚕丝混合物。目前，美国军方正在测试其在弹道防护方面的用途。“自1990年代以来，这一领域取得了巨大进展。当时，无论从功能规模还是商业规模来看，大规模生产蜘蛛丝似乎都是不可能的。”瑞典皇家理工学院的生物化学家米·赫德哈马尔说。

然而，许多生物技术和研究观察家对蜘蛛丝绳和纤维的大规模生产前景持谨慎态度。"目前，这个领域没有任何进展."美国自然历史博物馆的蜘蛛丝遗传学家谢丽尔·林说，“我们仍然不能在商店的货架上看到这些东西。”

人们的梦想是模仿蜘蛛吐出的7种丝中最强的一种:蜘蛛丝，它能让蜘蛛挂在网上，含有7种蜘蛛丝蛋白。这些蛋白质分子非常大——每个分子最大600千道尔顿(kDa)，几乎是普通人类蛋白质的两倍。这使得它很难在转基因生物中生产。大多数公司选择生产50到200千道尔顿的版本，因为它们更容易表达。由这些较小的蛋白质产生的丝通常不那么结实和柔韧。"在某些方面，随着蛋白质变得越来越小，机械性能将会丧失."犹他州立大学的化学家兰迪·刘易斯说。刘易斯团队是第一个克隆蜘蛛丝基因的人。

与此同时，研究证实，模仿蜘蛛将浓缩蛋白液纺成纤维的方式也很困难。目前，刘易斯可以将蜘蛛丝蛋白纺成不溶于水的纤维，并且不需要昂贵且可能有毒的有机溶剂。瑞典皇家理工学院的流体物理学家丹尼尔·索尔伯格领导的一个团队发现了一种方法，可以利用木材和纸中的线性化纤维素纤维来排列蜘蛛丝蛋白形成纤维。然而，在商业规模上将这些长丝纺成纤维是另一回事。“扩大规模是一个巨大的挑战。”总部位于德国慕尼黑的蜘蛛丝初创公司AMSilk的首席技术官林罗默(Lin Rmer)表示。

蜘蛛丝蛋白已经进入市场，但它只用于化妆品和医疗设备，而不是高强度纤维。安丝在大肠杆菌中生长蜘蛛丝蛋白，并将纯化的蛋白干燥成粉末或混合成凝胶，用作个人护理产品如保湿乳液的添加剂。据说蜘蛛丝蛋白可以帮助乳液在皮肤上形成非常光滑和透气的保护层。罗默说，该公司目前每年出售几吨纯化蜘蛛丝蛋白。

阿姆丝公司也正在完成一项用该公司的蜘蛛丝蛋白包裹的硅胶乳房植入物的临床试验。因为这些蛋白质含有高度重复的小氨基酸序列，据说它们几乎不能被免疫系统检测到。这种包装也比聚四氟乙烯或不锈钢更容易去除细菌。罗默说，这些优势将使公司能够使用蜘蛛丝包裹来改进从人工髋关节到导管的许多植入物。斯德哥尔摩的Kraig Biocraft实验室和Spiber技术公司表示，他们正在开发类似的应用。(慢慢地)

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