科学家利用细菌制造出比以往更强韧的生物合成蛋白丝
文章来源：未知 更新时间：2018-08-31 14:07:14
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蜘蛛丝蛋白是货真价实的最强韧材料之一，比一些钢合金以及凯夫拉纤维还要坚韧，可应用于缝合手术的超薄缝合线和防弹材料。然而，不同于其他蚕虫，蜘蛛的领地意识极强、自相残杀的特性使得它很难大量饲养，蜘蛛丝的大规模生产也就难以实现。为此，材料学家花了很多年时间研究怎么合成出可替代蛛丝的产品。
现在，密苏里州圣路易斯华盛顿大学的Fuzhong Zhang及其同事已经设计出一种细菌，可产生生物合成蜘蛛丝，且物理特性与天然蛛丝相当。工程蛋白是之前合成的任何此类蛋白质的两倍。其蛋白质链是556千道尔顿（kDa），包含192个重复的克拉维斯拖索蛋白spidroin的重复图案。在这之前，最大的合成蛛丝蛋白仅有285 kDa，即使天然的拉丝蛋白通常也只有370kDa，虽然天然丝存在较大的波动。与天然丝一样，蛋白质的拉伸强度和韧性与其分子量正相关。
Zhang解释说：“人们目前普遍只知道较小尺寸的蛋白质有这种相关性，而我们发现在大尺寸下仍存在很好的相关性。”团队成功的关键是使用蛛丝的重复图案来设计合成蛋白，以使蛋白丝尽可能大。当然，该操作存在一个限制，细菌不再能延长蛋白丝的长度，它们的酶会将蛋白丝切割成较小的块。该团队通过添加额外的DNA序列来规避这个众所周知的问题，该序列促进形成的蛋白质块之间反应融合。蛋白丝材料合成成功后，团队将其进行了机械测试，测量的拉伸强度为1.03±0.11千兆帕斯卡，模量为13.7±3.0 GPa，伸长率为18±6％，韧性为114±51兆焦耳/立方米。
“我们将继续努力改进制备工艺，使其更易于处理，所需药品更少以及提高它的稳定性和生产效率，以促进该合成蛋白丝的可扩展性和经济型。“Zhang补充道。该团队目前正在探索该生物合称法的极限，有望为其生物合称丝添加更多的质量，使其特性与天然蜘蛛丝相媲美，甚至超越天然蛛丝。 |
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