帶著羊皮的帽子,穿著紫貂的皮草,夾著鱷魚皮的包,穿著小牛皮的鞋,20年前最闊綽的穿著方式也就是如此。近些年,隨著人們動物保護意識的提升,逐漸減少了對野生動物的傷害。
如今,利用合成生物學(xué)技術(shù),只需要細(xì)胞就可以做出牛皮等材料,相比一頭牛只能產(chǎn)出有限的牛皮來說,細(xì)胞更可持續(xù),在合適培養(yǎng)條件下能夠產(chǎn)出更多材料。其中,蛛絲蛋白是一種研究相對成熟的技術(shù)。
在紡織市場,Bolt Threads公司(以下簡稱“Bolt”)是成功將蛛絲蛋白商業(yè)化的一個案例。
Bolt的聯(lián)合創(chuàng)始人丹· 懷特梅爾和大衛(wèi)· 布里斯托都畢業(yè)于加利福尼亞大學(xué),Dan是化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)博士,David是生物工程學(xué)博士,兩人在博士期間便開始合成生物學(xué)和生物材料的研發(fā), 有豐富的研發(fā)經(jīng)驗,2010年畢業(yè)后共同創(chuàng)立了Bolt。
截至目前,Bolt融資總金額約為2.15億美元,擁有專利82項,涉及有機化學(xué)、合成生物學(xué)、人造絲等領(lǐng)域。
蛛絲蛋白強度高、韌性大、具有獨特的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在酸性條件或者紫外線照射情況下會發(fā)生降解,是一種生物降解環(huán)保材料。
雖然叫做蛛絲蛋白,但制造過程中并沒有一只蜘蛛因此受到傷害,準(zhǔn)確的說應(yīng)該是重組蛛絲蛋白,即使用基因工程技術(shù)和蛋白質(zhì)工程技術(shù),通過工程細(xì)菌或者酵母生產(chǎn)蛛絲蛋白。
Bolt采用的是含有生產(chǎn)蛛絲蛋白基因線路的酵母細(xì)胞,利用糖和水發(fā)酵,大量生產(chǎn)蛋白質(zhì),然后再分離和純化蛛絲蛋白,去除酵母細(xì)胞。最后將蛋白紡織成纖維,用來制作服裝,類似于人造絲和腈綸。Dan曾表示,酵母細(xì)胞可以自我復(fù)制,并且只需要糖,成本大約每磅10美分。
Bolt表示,紡織行業(yè)是環(huán)境污染的重災(zāi)區(qū),目前,超過60%的紡織品是由聚酯和其他不可再生的石油衍生纖維制成,Bolt的蛛絲蛋白技術(shù)提供了可再生、可循環(huán)的生產(chǎn)方式。
2017年3月,Bolt推出了首款商用蛛絲蛋白產(chǎn)品,定價314美元的50條限量版領(lǐng)帶在幾分鐘內(nèi)全部售罄;2019年7月,美國潮牌StellaM c C a r t n e y和一家知名運動品牌聯(lián)合推出了Biofabric網(wǎng)球連衣裙,采用Bolt的蛛絲蛋白和纖維素混紡纖維制成,可完全生物降解。
在Bolt,蛛絲蛋白還被用在美容和個人護理行業(yè)。盡管聽起來著實有些獵奇,但其實它與用于紡織的蛛絲蛋白制作工藝相同,都是利用酵母細(xì)胞發(fā)酵的方法獲得蛛絲蛋白,Bolt將蛛絲蛋白制成粉末,穩(wěn)定地融入個人護理配方中,包括洗發(fā)水、清潔劑、乳液、面膜等。
Bolt的蛛絲蛋白可以作為化妝品中角蛋白和合成聚合物的替代品,減少了動物來源和石油來源的原料使用。而且Bolt 還表示,臨床實驗證明,蛛絲蛋白可以保護皮膚和頭發(fā),免受環(huán)境中污染和藍(lán)光造成的損傷,還可以增加皮膚的緊致度和彈性,減少細(xì)紋和皺紋的出現(xiàn),并改善整體皮膚的外觀,與相關(guān)公司的合作產(chǎn)品也已經(jīng)在2020年底推出。
其實,蛛絲蛋白的應(yīng)用不只在于上述兩方面,在醫(yī)藥、高分子材料、防護材料等方面都有應(yīng)用,以醫(yī)藥領(lǐng)域為例,蛛絲蛋白可用于制備支架等具有生物相容性的材料,其機械性能遠(yuǎn)超大部分現(xiàn)有的合成和聚合材料;在藥物遞送方面,蛛絲蛋白可作為一種基于蛋白質(zhì)的生物聚合物,用于水凝膠、納米顆粒等遞送系統(tǒng)。
Bolt 表示,幾十年來,基因工程技術(shù)已經(jīng)安全地發(fā)酵生產(chǎn)出許多重組產(chǎn)品、例如胰島素和疫苗等,蛛絲蛋白也是如此,它的原料是糖,而糖主要來自美國的糧食作物玉米。
不過在當(dāng)前糧食危機的大背景下,從糧食中發(fā)酵生產(chǎn)蛛絲蛋白或其它生物產(chǎn)品,似乎也不是最佳選擇,糧食的主要用途還是要解決人們的溫飽問題。好在合成生物學(xué)的應(yīng)用更為廣泛,已經(jīng)有研究實現(xiàn)了利用植物或者工程微生物,將空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖類等碳源,可作為生物發(fā)酵的原材料。
此外,Bolt 還有菌絲體的技術(shù),菌絲體細(xì)胞在培養(yǎng)條件下可以生成相互連接的3D網(wǎng)絡(luò),這一材料主要用于制造仿真皮革。
大衛(wèi)表示:從生物進化以及生物在地球上的存活方式中獲得啟發(fā),我認(rèn)為生物是解決可持續(xù)性發(fā)展問題的最佳技術(shù)。為了在地球上再呆上1000年或10000年,Bolt回顧40億年前大自然的原始設(shè)計,尋找新的靈感。
或許20年后, 我們依然可以使用各種“聚合物”和“皮革”,與現(xiàn)在的區(qū)別是,不再需要開采石油,不再需要野生動物,更加環(huán)保和可持續(xù)。