基因工程让蚕宝宝吐出有绿色荧光的丝

切割纤维-氢基因

"由于丝蛋白的特性，丝不易处理."西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室马三元博士说，家蚕丝含有10多种主要丝蛋白。

由教育部长江学者杰出教授、实验室主任夏庆友教授带领，以马三元为首的十余人研究团队，通过基因组编辑，对蚕丝蛋白进行基因重组，使蚕宝宝吐出合成蚕丝蛋白。上月底，研究结果发表在国际期刊《科学报告》上。

据了解，一只蚕大约有16，425个基因。西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室经过10年的研究，已经完全掌握了家蚕的基因序列。“你可以把它们想象成一份电子文档，”马三源打了个比方。“就像编辑文档一样，我们现在可以随意剪切、复制、粘贴和删除家蚕基因组。”

在这16425个基因中，有一个基因被称为Fib-H基因，它是蚕丝蛋白最重要的组成部分，也是人类驯化和利用家蚕数千年的主要靶标。利用锌指核酸酶技术，研究人员“切除”了家蚕生殖细胞中的Fib-H基因，没有Fib-H基因的丝腺被称为“空丝腺”。

马三元介绍说，丝腺是蚕用来制造丝的器官。丝腺存在于许多昆虫和大多数蜘蛛中，具有惊人的蛋白质合成能力和储存能力，其中蚕的丝腺最为突出

人工蛋白质注射

接下来，研究人员在显微镜下把预先设计好的与纤维蛋白-H基因相似的人造丝蛋白基因注射到被剔除了纤维蛋白-H基因的蚕卵中。“这些合成蛋白质就像机器人。他们会自动在蚕卵中找到正确的位置，并根据设计修改蚕卵的基因。”

注入人工蛋白后，蚕种的一些基因发生了改变。经过成功基因编辑的蚕卵在成长过程中含有合成丝蛋白。

2013年，蚕宝宝第一次吐出了人造丝蛋白。重庆晚报的记者看到，含有合成丝蛋白的蚕茧发出绿色荧光。与普通蚕茧相比，这些蚕茧更薄更轻。马三元说，一只蚕一生可以吐出大约0.5克丝蛋白。转基因蚕宝宝只能吐出0.15克丝蛋白，但合成丝蛋白可以占到一半。

蚕宝宝会呕吐其他蛋白质

“不仅仅是蚕丝发出绿色荧光，理论上，任何蚕丝都可以吐出来。”马三元说，这是世界上第一次人工设计的蛋白质纤维在生物体内合成，具有极其重要的应用价值。

例如，桑蚕丝面料的衣服，因为桑蚕丝容易泛黄和起皱，而且衣服的款式和颜色比较单一，所以桑蚕丝让人无法喜欢。通过对蚕丝纤维的人工改良和重新设计，桑蚕丝在未来可能会像棉衣一样，既保持了桑蚕丝的舒适性，又像棉衣一样经久耐用，易于打理。

美女们不能丢下的面膜将来也可以更好的吸水。马三元说，基因重组蚕吐出的蚕丝现在主要含有丝胶蛋白，这是一种很好的美容材料。后来，通过添加其他人造丝蛋白小分子，面膜的吸水性会增强，这更有利于皮肤吸收营养。

"更重要的是，这项技术使得大规模获取生物蛋白成为可能."马三元说，随着医学的发展，临床对生物蛋白的需求越来越大，疫苗、激素、人工骨骼等药物和生物材料都离不开生物蛋白。然而，蚕和蜘蛛的丝腺具有惊人的合成和储存蛋白质的能力。通过编辑蚕的基因组，蚕宝宝可以根据实际需要吐出其他蛋白质，而不是蚕丝，可以应用于生物工程。