細菌可能很快就會進軍新型製造業。研究人員開發了一種技術，利用常見細菌大腸桿菌合成生產一種名為肌聯蛋白的肌肉蛋白，這種蛋白有朝一日可以構建堅韌而柔韌的纖維。用途可能包括醫用縫合線、抗衝擊或可生物降解的織物。研究人員表示，肌聯蛋白比實驗室中生產的大多數分子大幾十倍。
由於大腸桿菌易於控制且複製迅速，科學家們利用它來生產多種物質，包括生物柴油和藥品。然而，直到最近，合成更大的蛋白質，如肌聯蛋白——大約是大腸桿菌天然產生的蛋白質大小的 50 倍——仍然遙不可及。
在一項新的研究中，詳細資訊發表在《自然通訊》上，研究人員透過引入一種稱為質粒的環狀工程 DNA 指令鏈，促使大腸桿菌製造肌聯蛋白。但研究合著者、聖路易斯華盛頓大學生物化學家卡梅倫·薩金特說，構建如此大的蛋白質會耗盡細胞資源。如果質粒指示大腸桿菌一次構建整個蛋白質，細菌將透過去除或截斷質粒來避免生產負擔。因此，該團隊轉而設計了一種質粒，使大腸桿菌構建較短的蛋白質片段，這些片段的結構使其在細菌內部自發連線在一起。
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一旦科學家從細菌中提取出肌聯蛋白，他們就將蛋白質以高濃度溶解在有機溶劑中。接下來，他們將溶液透過注射器噴射到水浴中，讓蛋白質沿著正在紡出的纖維組裝——這種擠出工藝的靈感來自蜘蛛如何構建蛛絲牽引線。經測量，工程纖維的強度和韌性超過了肌肉纖維中天然肌聯蛋白的強度和韌性。
薩金特將肌聯蛋白分子的大小和在纖維中的排列比作一鍋凝固的義大利麵。“與短義大利麵相比，拉開長義大利麵要困難得多，因為義大利麵越長，每根麵條之間的相互作用就越多，”薩金特說。研究人員發現，這些相互作用對壓力的反應方式是肌聯蛋白韌性的關鍵：當纖維被拉伸時，分子內部的鍵首先斷裂，在股線之間的鍵最終斷裂之前吸收了大部分施加力的能量。
仁荷大學化學工程師楊允貞（未參與這項研究）表示，她發現“研究人員能夠在工程蛋白質中複製天然肌聯蛋白的實際機械效能，這非常了不起。”
研究人員現在可以將這種製造技術應用於其他大型蛋白質，從而可以探索其他候選生物材料的實際用途，例如跳蚤跳躍的彈性聚合物彈性蛋白，或鮑魚殼內襯的堅韌珍珠母。