从蜘蛛丝获得启发：微生物纤维比钢更硬，比凯夫拉更韧_风闻

研究人员设计了一种淀粉样丝杂交蛋白，并以基因工程细菌作为生产工厂。由此获得的纤维比部分天然蛛丝更为坚韧。

新型蛋白质纤维的强度比普通钢材的强度还高。

蜘蛛丝是地球上最坚韧的材料之一，材料科学家一直希望仿造出类蛛丝材料。eurekalert.org网站当地时间7月20日报道，美国华盛顿大学研究人员Fuzhong Zhang教授等设计了一种淀粉样丝杂交蛋白，并以基因工程细菌作为生产工厂。由此获得的纤维比部分天然蛛丝更坚韧。相关研究成果刊登在《ACS Nano》杂志中。

2018年，Zhang教授带领的团队改造了一种重组蛛丝，使其机械性能能与天然蛛丝媲美。Zhang说：“在那之后，我们就一直在尝试用合成生物平台创造出比蛛丝更好的材料。”在保留蛛丝原始特性的基础上，他们通过修改蛛丝蛋白质的氨基酸序列，引入了新的特性。

重组蛛丝纤维面临的重要问题在于，如何在不对天然蛛丝进行重大序列修改的前提下，制造出β-纳米晶体。β-纳米晶体是天然蛛丝的主要成分，其作用是增进蛛丝强度。Zhang说：“蜘蛛是制造β-纳米晶体纤维的专家。但当人类以人工纺丝工艺制造β-纳米晶体纤维时，合成丝纤维中的纳米晶体含量往往偏低。”

为了解决这个问题，研究人员引入了淀粉样蛋白序列。他们以3种成熟的淀粉样蛋白序列作为代表，创造了不同的聚合淀粉样蛋白。由此获得的蛋白质具有比蛛丝更少的重复氨基酸序列，降低了工程细菌生产合成纤维的难度。最终，工程细菌产生了一种包含128个重复单元的杂交聚合淀粉样蛋白。蛋白质越长，纤维就越坚韧。新型蛋白质纤维不仅强度高于普通钢，韧性也高于凯夫拉纤维和已知重组丝纤维。

在Young-Shin Jun教授团队的协助下，研究人员证实，聚合物淀粉样纤维的超强机械性能确实与β-纳米晶体数量增加有关。Zhang表示：“我们不会止步于此。工程生物学一定能制造出比天然材料更好的新材料。”

编译：德克斯特

审稿：西莫 

责编：陈之涵

期刊来源：《ACS Nano》

期刊编号：1936-0851

原文连接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/wuis-mpf072021.php

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