“蜘蛛絲”細菌造

嚴毅梅

人類利用蜘蛛絲始于1909年。在第二次世界大戰(zhàn)時，蜘蛛絲曾被當作十字準線用在望遠鏡、槍炮的瞄準系統(tǒng)中。20世紀90年代后，人們開始對蜘蛛絲蛋白的基因組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、力學性能等有了深入研究，為蜘蛛絲商業(yè)化生產(chǎn)提供了可能性。

蜘蛛絲有多結(jié)實？

絲綢常被用來生產(chǎn)服裝和床上用品，但是蜘蛛絲材料就遠遠不止于此。蜘蛛絲的物理性質(zhì)與蠶絲相比，具有非常明顯的優(yōu)勢。蜘蛛絲很結(jié)實，人們用物理數(shù)據(jù)證實了這一點。在力學強度方面，蜘蛛絲纖維與強度最高的碳纖維及高強合纖強度相接近，但韌性明顯優(yōu)于后兩種纖維。

科學家稱，蜘蛛生產(chǎn)的絲不僅珍貴，而且非常堅韌。這種材料的強度是鋼的5倍，但比人的頭發(fā)還要細。一根鉛筆粗的蜘蛛絲繩子就能阻止波音747的飛行，而且可以拉伸到原來長度的2到4倍。因此，蜘蛛絲纖維在國防、軍事、建筑等領域具有廣闊的應用前景。

天然蜘蛛產(chǎn)絲量非常低，而且蜘蛛具有同類相食的習性，無法像家蠶一樣高密度養(yǎng)殖，所以靠養(yǎng)殖天然蜘蛛取得蛛絲產(chǎn)量很有限。

隨著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展，用基因工程手段人工合成蜘蛛絲蛋白是一種新突破。

“蜘蛛絲”細菌造

該項目的研究人員發(fā)現(xiàn)，在自然界中，有許多蛋白質(zhì)材料具有驚人的機械性能，但這些材料的供應往往非常緊張。于是，他們對生物工程產(chǎn)生興趣，認為這樣不僅可以生產(chǎn)這些材料，而且可以使它們變得更好。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)把蜘蛛放在了一邊，開始著手利用細菌生產(chǎn)出大量的絲類材料。這是一種新的利用生物制造材料的方法，即利用轉(zhuǎn)基因細菌制造地球上最堅固和稀有的材料之一：“蜘蛛絲”。通過將蛋白質(zhì)植入細菌中，研究人員能夠制造出像蜘蛛絲一樣的材料。

用這種新方法生產(chǎn)的絲與蜘蛛絲的性能相同，具有相當?shù)膹姸群蛷椥裕洚a(chǎn)量遠遠高于蜘蛛本身的產(chǎn)量。

美國國家航空航天局是本項研究的資助者之一，他們對生物生產(chǎn)材料感興趣。目前他們正在開發(fā)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物的技術(shù)，這些碳水化合物可以作為細菌的食物。這樣，宇航員就可以在太空中生產(chǎn)這些材料，而不需要攜帶大量原料。最終，用此法制造的材料甚至可以用于太空。