法國科學(xué)家開發(fā)利用蛛絲制造服裝和醫(yī)療設(shè)備

　　如今，大腸桿菌、酵母菌、植物、蠶甚至山羊都能通過基因改造大量產(chǎn)出蜘蛛絲蛋白，盡管這些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更簡單。公司已成功地將這些蛋白轉(zhuǎn)入強(qiáng)韌程度足夠高的線中，從而產(chǎn)生一些服裝原型，包括阿迪達(dá)斯公司的跑鞋和北臉公司的輕便大衣。不過，迄今為止，公司仍在為大規(guī)模生產(chǎn)此類服裝努力。

　　對(duì)于蜘蛛絲的吹捧自18世紀(jì)10年代便開始了。當(dāng)時(shí)，位于蒙彼利埃的法國皇家科學(xué)學(xué)會(huì)主席Franois Xavier Bon de Saint Hilaire在給同事的信中寫道：“你將非常吃驚地聽到，蜘蛛產(chǎn)生的絲和普通絲綢一樣美麗、結(jié)實(shí)和光滑?！爆F(xiàn)代的吹捧則宣稱，蜘蛛絲的強(qiáng)韌程度是鋼鐵的5倍，但仍然比橡膠靈活。如果它能被制成繩子，那么一張大尺度的網(wǎng)將能套住一架噴氣客機(jī)。

　　關(guān)鍵詞是“如果”。研究人員在1990年首次克隆出蜘蛛絲基因，以期將其植入其他生物體來生產(chǎn)絲。蜘蛛無法像蠶一樣被養(yǎng)殖，因?yàn)樗鼈兙哂械乇P性，并且會(huì)同類相食。如今，大腸桿菌、酵母菌、植物、蠶甚至山羊都能通過基因改造大量產(chǎn)出蜘蛛絲蛋白，盡管這些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更簡單。公司已成功地將這些蛋白轉(zhuǎn)入強(qiáng)韌程度足夠高的線中，從而產(chǎn)生一些服裝原型，包括阿迪達(dá)斯公司的跑鞋和北臉公司的輕便大衣。不過，迄今為止，公司仍在為大規(guī)模生產(chǎn)此類服裝努力。

　　一些管理人員表示，他們最終可能會(huì)改變策略。位于美國加州愛莫利維爾的初創(chuàng)公司Bolt Threads表示，其已經(jīng)完善了在酵母菌中生長蜘蛛絲蛋白的方法并且每年有望產(chǎn)出數(shù)噸蜘蛛絲線。在密歇根州蘭辛市，Kraig Biocraft實(shí)驗(yàn)室表示，其僅需要同越南的養(yǎng)蠶場進(jìn)行最終談判，便能制造出大量的蜘蛛絲和蠶絲混合物。目前，美國軍方正在測試將其用于彈道學(xué)保護(hù)。“自上世紀(jì)90年代起，該領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展。而當(dāng)時(shí)，無論是在功能規(guī)模，還是商業(yè)規(guī)模上，大規(guī)模產(chǎn)出蜘蛛絲似乎都是遙不可及的。”瑞典皇家理工學(xué)院生物化學(xué)家My Hedhammar表示。

　　然而，很多生物技術(shù)和研究觀察者對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)蜘蛛絲繩子和纖維的前景持謹(jǐn)慎態(tài)度?！澳壳?，該領(lǐng)域尚未進(jìn)展到這一步。”美國自然歷史博物館蜘蛛絲基因?qū)W家Cheryl Hayashi認(rèn)為，“我們?nèi)詿o法在商店的貨架上看到這些東西?！?br />
　　人們的夢想是仿制出蜘蛛吐出來的7種絲中最強(qiáng)韌的那種：能讓蜘蛛懸掛在網(wǎng)上并且含有7種蛛絲蛋白的牽引蛛絲。這些蛋白分子很大——每個(gè)最大有600千道爾頓（kDa），幾乎是普通人類蛋白大小的兩倍。這使其很難在經(jīng)過基因改造的生物體內(nèi)生產(chǎn)出來。公司大多選擇生產(chǎn)50 到200 kDa的版本，因?yàn)樗鼈兏菀妆槐磉_(dá)。這些較小的蛋白產(chǎn)生的絲通常沒有那么強(qiáng)韌和靈活?！皬哪硞€(gè)方面來說，隨著蛋白變小，機(jī)械性能便會(huì)喪失?！豹q他州立大學(xué)化學(xué)家Randy Lewis表示。Lewis團(tuán)隊(duì)最先克隆出蜘蛛絲基因。

　　與此同時(shí)，研究證實(shí)，模仿蜘蛛將濃縮蛋白液紡成纖維的方式也很困難。目前，Lewis能將蜘蛛絲蛋白紡成不溶于水的纖維，并且消除了對(duì)昂貴且可能有毒的有機(jī)溶劑的需求。由瑞典皇家理工學(xué)院流體物理學(xué)家Daniel Sderberg領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)找到了一種利用木材和紙張中線性化的纖維素纖維來排列蜘蛛絲蛋白以形成纖維的方法。不過，在商業(yè)規(guī)模上將這些絲紡成纖維是另外一回事。“放大規(guī)模是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)?！蔽挥诘聡侥岷诘闹┲虢z初創(chuàng)公司AMSilk首席科技官Lin Rmer表示。

　　蜘蛛絲蛋白已進(jìn)入市場銷售，但只是在化妝品和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，而非應(yīng)用到高強(qiáng)度的纖維中。AMSilk在大腸桿菌中生長出蜘蛛絲蛋白并且將純化的蛋白干燥，使其形成粉，或者將其混合進(jìn)凝膠中，以便用作諸如保濕乳液等個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品的添加劑。據(jù)稱，蜘蛛絲蛋白能幫助乳液在皮膚上形成非常順滑、透氣的保護(hù)層。Rmer介紹說，目前公司每年會(huì)賣出好幾噸純化的蜘蛛絲蛋白成分。

　　AMSilk還在完成一項(xiàng)包裹有該公司蜘蛛絲蛋白的硅膠乳房植入臨床試驗(yàn)。由于這些蛋白含有高度重復(fù)的小氨基酸序列，因此據(jù)說它們幾乎不會(huì)被免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。這種包裹還能比聚四氟乙烯或者不銹鋼更容易擺脫掉細(xì)菌。Rmer表示，這些優(yōu)勢應(yīng)當(dāng)會(huì)使公司利用蜘蛛絲包裹改善從人工髖關(guān)節(jié)到導(dǎo)尿管的諸多植入物。Kraig Biocraft實(shí)驗(yàn)室和位于斯德哥爾摩的Spiber技術(shù)公司表示，它們也正在開發(fā)類似應(yīng)用。

　　雖然已經(jīng)有公司利用蜘蛛絲蛋白來制作服裝與進(jìn)行醫(yī)療試驗(yàn)，但想利用其他生物制造出像蜘蛛本身一樣強(qiáng)韌和靈活的蜘蛛絲蛋白，并投入大規(guī)模的生產(chǎn)，都是巨大的挑戰(zhàn)。然而隨著越來越多的公司投入蜘蛛絲蛋白的研究中，相信會(huì)越來越接近大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量蜘蛛絲蛋白的目標(biāo)，讓它用在更多的領(lǐng)域中，造福人類。