中国科学家用转基因蚕合成了蜘蛛丝，所生产的纤维比防弹背心中使用的凯夫拉纤维坚韧六倍。该研究于9月20日发表在《Matter》杂志上，是第一个利用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白的研究。研究结果表明，一种技术可用于制造尼龙等合成商业纤维的环保替代品。

“蚕丝是目前唯规模商业化、饲养技术成熟的动物丝纤维。”米说。“因此，利用转基因蚕生产蜘蛛丝纤维可以实现低成本、大规模商业化。”

科学家们将蜘蛛丝视为合成纤维的一种极具吸引力的可持续替代品，合成纤维会向环境中释放有害的微塑料，并且通常由产生温室气体排放的化石燃料生产。但向大自然寻求替代品并非没有挑战。

先前开发的人造蜘蛛丝纺丝工艺一直难以在丝上涂上糖蛋白和脂质的表面层，以帮助其承受湿度和阳光照射——蜘蛛将其涂在网上的抗衰老“皮肤层”。

米说，转基因蚕为这个问题提供了一个解决方案，因为蚕在自己的纤维上覆盖了类似的保护层。

“蜘蛛丝是一种急需开发的战略资源，”米俊鹏博士说。东华大学生物科学与医学工程学院博士生，该研究的第一作者。

“这项研究中生产的纤维具有极高的机械性能，在该领域具有重大前景。这种类型的纤维可用作手术缝合线，满足全球每年超过3亿例手术的需求。”

米说，蜘蛛丝纤维还可以用来制造更舒适的服装和创新类型的防弹背心，它们可能在智能材料、军事、航空航天技术和生物医学工程方面有应用。

为了从蚕中纺出蜘蛛丝，Mi和他的团队将蜘蛛丝蛋白基因引入蚕的DNA中，以便通过结合CRISPR-Cas9基因编辑技术和数十万次显微注射到受精蚕卵中，使其在蚕的腺体中表达。

米说，显微注射是这项研究中“最重大的挑战之一”，但当他在荧光显微镜下看到蚕的眼睛发出红光时——这表明基因编辑已经成功——他欣喜若狂。

研究人员还需要对转基因蜘蛛丝蛋白进行“定位”修饰，以便它们能够与蚕腺中的蛋白质正确相互作用，确保纤维能够正确纺丝。为了指导修改，该团队开发了蚕丝的“最小基本结构模型”。

“本文中引入的‘本地化’概念以及提出的最小结构模型代表了与之前研究的重大背离，”米说。“我们相信大规模商业化即将到来。”

未来，米计划利用对当前研究中开发的蜘蛛丝纤维的韧性和强度的见解来开发转基因蚕，利用天然和工程氨基酸生产蜘蛛丝纤维。

“一百多种工程氨基酸的引入为工程蜘蛛丝纤维带来了无限的潜力，”米说。