经过基因改造的蠕虫和山羊如何批量生产自然界最坚韧的纤维

变异蚕可以吐出数英里长的超强丝，这一新突破可能使坚韧柔韧的蜘蛛丝材料实现量产。得益于这些转基因蜘蛛虫以及蜘蛛山羊和蜘蛛苜蓿的努力，蜘蛛衣可能很快就会面世。

怀俄明大学的分子生物学家兰迪·刘易斯 (Randy Lewis) 已经为蜘蛛山羊挤奶好几年了，他还一直在尝试提高转基因蜘蛛丝苜蓿的产量。他正在研究改良的合成蜘蛛丝基因，并希望在不久的将来开始种植蜘蛛棉。凭借他的最新研究，蜘蛛织物可能只需一年时间就能问世。

上周，圣母大学的刘易斯和马尔科姆·弗雷泽宣布，他们培育出了经过基因改造可以产出蜘蛛丝的蚕。

“从我们的角度来看，纤维已经纺好这一事实具有巨大的优势，”刘易斯说。“你不必纯化蛋白质，也不必将其纺成纤维。”

刘易斯表示，这项尚未发表的研究证明了转基因蚕工程和培育的概念。

“真正的问题是，我们能否通过将蜘蛛丝加入到蚕丝中来改善其机械性能？如果我们能做到这一点，那么显然，从材料产量来看，这将使很多事情成为可能。”

圣母大学的分子生物学家弗雷泽说，一只蚕茧含有超过半英里长的丝线，因此转基因蚕群可以产出大量蚕丝。他相信，转基因蜘蛛丝的工业化生产可能在一年内实现。

蜘蛛丝是自然界最有价值的材料之一。它可以用于各种各样的产品，从人造韧带到超强伤口敷料，甚至防弹衣。刘易斯设想用蜘蛛丝代替肌腱、降落伞绳等等。

丝绸甚至可以用来运输药物或充当纳米级晶体管支架。在去年的一项研究中，俄勒冈州波特兰市 Legacy 临床研究与技术中心的科学家证明，含有腺苷的丝绸大脑植入物可以抑制大鼠的癫痫发作。塔夫茨大学的研究人员在 7 月发表在《科学》杂志上的一篇论文中表示，丝绸可以用来制造柔性和可降解的显示器，甚至可以用于医学的植入式光学系统。

刘易斯说：“纤维可以做很多事情，而无定形的团块或固体则做不到。”

纳米织物可能比蜘蛛丝更坚固，但目前它们的尺寸小得令人难以置信。上周，加拿大研究人员报告称，他们制造出了有史以来最长的聚炔链——聚炔碳碳键比石墨烯中的碳碳键还要坚固——但它只有 44 个碳原子长。

纳米纤维仍然有限。“我们可以用蚕丝制造出纺织品数量，”弗雷泽说。“纳米技术确实具有一些巨大的潜力，但我不知道这种潜力多久才能实现，即使实现了，我也不确定它是否会取代天然蚕丝纤维的许多医疗应用，而这些应用是相当可观的。”

刘易斯已经研究这些应用二十年了。从他首次分离出生产高性能蜘蛛丝的基因到现在已经 12 年了，他的转基因山羊引起了国际关注，这些山羊的 DNA 被改造成生产蜘蛛丝所需的蛋白质。刘易斯说，当山羊产仔并开始泌乳时，它们的乳汁中会产生蜘蛛丝蛋白，这些蛋白被收集起来、纯化并纺成丝。

如果蜘蛛不那么凶残，领地意识也不强，那么挤蜘蛛奶会比挤变异山羊奶容易。事实上，蜘蛛养殖场并没有证明这是一个成功的企业，而养蚕和养山羊的传统则源远流长。规模也很重要：刘易斯每夸脱牛奶可以得到半盎司的丝。要获得这个数量，需要 100 只蜘蛛。

转基因蚕的产量可能更高。然而，培育它们需要一些隐秘的 DNA。密歇根州兰辛市的 Kraig Biocraft Laboratories Inc. 公司与 Fraser 合作，后者发现并申请了一种名为“piggyBAC”的 DNA 转座子专利。这种转座子可以插入细胞的遗传物质中。研究人员利用 piggyBAC 将蜘蛛 DNA 片段整合到蚕胚胎中，从而培育出能够吐出半蚕半蜘蛛杂交丝的蚕。

研究人员希望确保他们能够培育出蜘蛛化蚕，因此他们还在蜘蛛 DNA 中添加了荧光蛋白。突变蚕的眼睛会发出红光，而蚕丝则是荧光绿色。

弗雷泽表示，在将研究成果提交给研究期刊之前，他正在完成分子分析。与此同时，他希望继续改进蜘蛛 DNA 片段——尤其是如果科学家获得马达加斯加新发现的一种蜘蛛的序列。达尔文蜘蛛结出的网是世界上最大的，吐出的丝比凯夫拉纤维强 10 倍。

Fraser 还研究艾滋病毒和肝炎，他暗示，piggyBAC 入侵的蚕可能有其他用途：“丝并不是蚕能够生产的唯一蛋白质，”他说。

刘易斯表示，他的首要任务是找到最快、最有效的方法来大量生产蜘蛛丝。他还希望继续分离新的蜘蛛丝基因，并将其融入到他的配方中。截至目前，他的配方是几种不同蜘蛛蛋白的混合物，主要来自金丝蜘蛛。

刘易斯还希望开始培育含有制造蜘蛛丝所需蛋白质的棉花植物。刘易斯说，棉花种子本身就含有蛋白质，它们被视为废品。

他说：“如果我们可以获取和利用一些没人会吃且没有太多价值的东西，并将其用作生产系统，那么我们对食物和纤维的影响就很小，而且我们可以使用现有的方法。”

那么蜘蛛衣服可能就离我们并不遥远了。