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日本生產人工蛛絲 可用於製造抗撕裂布料/汽車零組件等

蓋世汽車訊 蜘蛛會用蛛絲蛋白質生產一種強度大、重量輕的蛛絲,稱為拖絲。雖然可用其製造出一些有用的材料,但是卻很難獲得足夠的蛋白質,因為每隻小蜘蛛都只能產生少量的蛋白質。最近,據外媒報導,日本理化學研究所(RIKEN)可持續資源科學中心(CSRS)Keiji Numata領導的一個研究小組表示,他們採用光合細菌成功製造了此種蛛絲。該項研究可能開啟了一個新時代,能夠在光合生物工廠持續生產大量蛛絲。

(圖片來源:日本理化學研究所)

除了堅韌、重量輕,從節肢動物中提取的絲具有生物可降解性以及生物相容性。特別是,蛛絲超級輕,又和鋼一樣堅韌。負責該項研究的Choon Pin Foong表示:“蛛絲有潛力應用於製造高性能且耐用的材料,如抗撕裂的布料、汽車零組件以及航空零組件。而其具備的生物相容性又使其可安全應用於生物醫學領域,如藥物釋放系統、植入設備以及組織工程支架等。”由於只能從一隻蜘蛛身上提取微量的蛛絲,而繁殖大量蜘蛛又很困難,所以人們嘗試從不同種類的動物身上生產人造蛛絲。

CSRS團隊將重點放在海洋光合細菌——嗜硫紅假單胞菌(Rhodovulum sulfidophilum)上,此種細菌非常適合用於打造可持續性生物工廠,因為其在海水中生長,需要利用大氣中的二氧化碳和氮,以及太陽能,而此類資源非常豐富,取之不盡用之不竭。

研究人員利用生物工程技術,讓此種細菌生產MaSp1蛋白質,也是絡新婦屬蜘蛛拖絲的主要成分,在保證蛛絲的堅韌度方面發揮著重要作用。研究人員插入細菌的基因組以優化基因序列,以最大限度地增加產絲量。此外,研究人員還發現一種簡單的方法,即人工海水、碳酸氫鹽、氮氣、酵母提取物和近紅外光照射能夠讓嗜硫紅假單胞菌生長得很好,且能夠高效地生產蛛絲蛋白質。進一步的觀察還證實,由此種細菌生產出的纖維的表面和內部結構與蜘蛛自然生產的纖維非常類似。

研究人員表示:“我們目前的研究初步驗證了利用光合細菌生產蛛絲的概念。現在,我們正努力在我們的光合系統中生產分子含量更高的蛛絲拖絲蛋白質。該光合微生物細胞工廠利用碳中和生物工藝,生產基於生物、生物可降解的材料,能夠幫助我們實現聯合國制定的一些可持續性發展目標。我們的研究結果將有助於為能源、水和食物危機,固體廢物問題以及全球變暖提供切實可行的解決方案。”

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