蜘蛛吐絲，成就工程師的夢想。它們的絲像鋼鐵一樣堅固，富有彈性、無毒且可生物降解。但蜘蛛不易於養殖。每隻蜘蛛只能產生極少量的絲，而且有些還具有同類相食性。幾十年來，科學家們一直試圖模仿這種銀色絲線，用於縫合線、運動裝備和防彈背心，但他們的合成纖維一直未能達到要求。現在，一個團隊已經成功誘導細菌生產出與天然絲綢一樣堅韌和彈性的絲。
研究人員此前曾將蜘蛛的絲蛋白 DNA 移植到細菌、蠶、植物甚至山羊體內，以努力大規模生產這種物質。然而，到目前為止，最好的工程纖維也只有真絲強度的一半。蜘蛛絲強度的秘密在於大型蛋白質分子，這些分子由數百個重複氨基酸鏈組成，這些氨基酸鏈由同樣冗長、重複的 DNA 序列編碼。但“總的來說，自然界不喜歡重複的 DNA，並且會想方設法去除它，”聖路易斯華盛頓大學能源、環境和化學工程教授張富中說。蜘蛛已經弄清楚如何穩定大型 DNA——但在其他生物中，這些重複單元會被剪下或改變。
為了規避這個問題，張富中和他的同事修改了參與生產絲蛋白的蜘蛛 DNA。用這種修改後的 DNA 工程改造的微生物會產生帶有獨特“標籤”的絲蛋白分子。這些標籤將兩個分子粘合在一起，形成所需的長鏈，然後脫落。由此產生的蛋白質比最大的天然蛋白質還要長。研究人員將這些蛋白質製成粉末，並將其混合到溶液中，這種溶液可以紡成與天然纖維一樣堅固的纖維，他們在 9 月份的《生物大分子》雜誌上報道了這一成果。
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合成絲綢可能是石油衍生纖維（如尼龍）的可持續替代品，張富中說。但挑戰在於以低成本大量生產它。聖地亞哥州立大學化學和生物化學教授 Gregory Holland 說，新的方法可能仍然面臨同樣的問題，因為紡絲溶液是用腐蝕性且昂貴的溶劑製成的，他沒有參與這項工作。“下一步，”Holland 說，“是研究[水基]溶液，看看是否可以生產出類似的高效能纖維。”