让蚕宝宝吐出蜘蛛丝

蜘蛛丝仃什么特殊 途
在大多数人眼中 ， 蜘蛛就是长相难看的丑八怪 ， 还时不时传
宋宋吐 出蝴 Ｉ 蛛丝
随着基 因 工程 技术 的发展 科学家们 也～直 在寻求 大规模
出有毒有害的负面传闻 。 其实 ． 大多数蜘蛛可是不折不扣的益虫 ． 生产蜘蛛牵 引丝蛋 白的新技术 。同为 吐丝专 家的家 蚕 ， 人类最早 能捕猎苍蝇、蚊子等害虫 而且它们吐出的蜘蛛丝还有更大用处。 ７ ０ ０ ０多年就开始 驯 Ｉ 化 ． 非常适 合人工养殖 ， 而且 家蚕的蛋 白质
０ １ ２ 年 美 国怀 俄明州 立大学和浙江 大学研究人 员合作开 性能优 良的蜘蛛牵引丝不仅是制造防弹衣 、防弹头盔的绝佳 丝。２ 材料 ， 还可 以用于制 作可降解的手术缝合线、人工关节 、人造韧
发出一 种表达 家蚕和蜘蛛嵌合丝蛋白的转基因家蚕 ， 这种改造的 丝纤维 具有更优良机械性能。为提高丝纤维的机械性能 ， 他们将
２ ０ １ ４年 ． 日本国家 农业生 物研 究所
将蚕丝蛋 白重链 蛋白启动子和蜘 蛛牵引丝
中国西南大学夏庆友教授团 队提 出了一 个新思路 ： 即利用锌指酶基因编辑技术 ， 对
家蚕的蚕丝 蛋白重链基 因进行了基因修饰 ， 使其不能表达蚕 丝重链 蛋白。由于蚕丝重链
一旦减 少了该 蛋白表达 ， 则为其他 蛋 白基 因进行重组 ． 并对牵 引丝 蛋白基因 蛋白是蚕丝 中分子量最大 和数量 最丰富的蛋白成分 ，
经过 ４亿多年的进化 蜘蛛拥 有了一 套自然 界中独一 无二 、 精巧绝伦的分泌蜘蛛丝 、
织网捕 食本领 。 很显然 ， 人类想用几十年时间 ， 完全模仿 出蜘蛛这种独 门功夫 ， 并非易事。 不过 ， 随着基因工程技术不 断发 展 ， 人造 “ 蜘蛛侠”的种种难关必将 会被 聪明的科学家 们一 一攻破 ． 届时 ． 那些会 吐蜘蛛丝的蚕宝宝也将成为耀眼的明星 。
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ห้องสมุดไป่ตู้
在蜘蛛丝中最受科学家关注 的是 牵引丝 ． 由于 其特殊 的氨基酸组 生产能力非常强 如果能用转基 因技术让蚕宝宝 吐出蜘蛛丝那就
成及蛋 白空 间结构 ，赋予了蜘蛛牵引丝极高的韧性、弹性和抗张 太给力了。
力性。其强度是相同直径钢丝的 ５ 倍 ， 与 目前广泛应用的防弹衣 材料 “ 凯夫拉 ”纤维 的强度 相当 ， 同时具有较好的组织相容性 、
最大可拉 伸率比天 然蚕丝和蜘 蛛牵引丝均高 ５ ０ ％ 左右 ， 但是 只
此很难通过人工饲养蜘蛛来获 得足够 的蜘蛛丝。
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眼界 Ｉ Ｋ Ｅ Ｊ Ｉ科技
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１ 受 一
相 当于天然蜘蛛牵 引丝的一半 其机械性 丝蛋 白 ， 但是离规模 化生 产蜘蛛丝还有一定距离 ， 其 中最大 的障碍 之一是重组牵 引丝蛋 能仍有较大的提升空间。 白表达效率低下 ． 很多研究人员都为此而绞尽脑汁。
和牵引丝蛋白等重 组蛋白。
该研究小组还将这种转 基因蚕丝纺织 成丝
同时 ． 转基因家蚕制备效率偏低也是制约转 基因家蚕产 业化的重要因素之一。浙江
Ａ Ｌ Ｅ Ｎ技 术的高效家 蚕转基 因技术 ， 将家 线 ， 并制作成女士 背心和围巾 ， 这也 是首 大学钟伯雄 教授团队首次 成功建立 了借助于 Ｔ
序列进行 了优化 ， 仍然采用转座 子转 基因
蛋白的生产腾 出了 空间。研 究人员还将绿色荧光蛋 白基 因转 入家蚕 体内 ， 是其在转基因
可以 占到蚕茧体重的 ５ ０ ％． 这表 明这种新思路非常有效。 技术 ， 培育 出表 达牵引丝蛋 白的转基 因家 家蚕体内的表达水平显著提 高 ，
蚕 而合重组牵 引丝蛋白的转基 因蚕丝机 该课题组计划下一步将这 个体 系用于大规模生产胶原蛋 白、人血清 白蛋白、单克隆抗体 械性能均有所提 高 ． 最 突 出的是韧性 比 普通 蚕丝提高 了 ５ Ｏ ％以上。 引人注 目的是 ，
带等医学材料 ， 甚至可开发成航空材料、运动装备等产品。不过
所产丝不到 １ 毫克 ， 而且蜘蛛为食肉动物 ， 有互相残杀 习性 ， 因
天然蜘蛛丝只能依靠 蜘蛛 腹部的腺体合成和分泌 ， 一只蜘蛛每天 家蚕和 蜘蛛的丝蛋白基因进行重组 ， 合成了一个嵌合基 因。重组 丝纤维 的韧性与天然蜘蛛牵 引丝相当 ， 高 出天然蚕丝一倍以上 ，
科技 Ｋ Ｅ Ｊ Ｉ Ｉ 眼界
让蚕宝宝吐 出蜘蛛 丝
丈 ／科学画报
美国 《 蜘蛛侠 》系列电影深受观众欢 迎 ， 电影 中的主人公彼得－ 巾 自 克被一只经过基因改造的蜘蛛叮咬后 ， 能像蜘蛛一样 ． 可随意放 出强韧 蜘蛛丝 ． 支撑 自己在 空中自由飞行 ， 成长 为一个 力量超凡 、行侠仗义 的超级英雄。最近 ， 科学家们还真培育出一 些能吐蜘蛛丝 的特殊 ” 蜘蛛侠” ， 它们就是能吐出 “ 蜘蛛丝”的蚕宝宝。
２ ０ ０ ９年 ． 中国西南 大学和 日本信州 大学的研究团队就开 始
他们通 过一种转座子介导的转基因技术 ， 获得 了 生物可降解性和低密度 ， 因此被 誉为自然界机械性能最优异的蛋 这方面工 作了 ，
白质丝纤维。
整合有蜘 蛛牵 引丝蛋白基因和红色荧光蛋白基因的转基因家蚕 。 相对于 普通蚕丝 其 机械性能均有所提高 ， 但还远次于天然蜘蛛
次将转基 因蜘蛛丝制作 成实用产 品 ， 标 志 蚕转基因效率从 １ ０ ％ 提高到 ７ ０ ％， 并成 功导入 了分子 量接近黑寡妇蜘蛛牵 引丝的基因 ，
着转基因蜘蛛丝离实 际应用更进一步了。
蜘蛛复合丝 的性能获得 了显著提高 。
转荩因蜘蛛 丝 离应川还仃 多远
尽管转基 因家蚕能有效表达重组牵 弓