合成生物学在工程丝绸中遇见时尚

长期以来，合成科学家们一直对蜘蛛丝的生物时尚非凡特性很感兴趣，它比钢更坚固，学工但重量轻且柔韧。程丝绸中现在，合成圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、生物时尚环境与化学工程教授张福中在合成蜘蛛丝的学工制造方面取得了重大突破，为可持续发展的程丝绸中新时代铺平了道路服装生产。

自2018年使用细菌改造重组蜘蛛丝以来，合成Zhang一直致力于提高由微生物生产的生物时尚丝线的产量，同时保持其增强强度和韧性的学工理想特性。

如果要在日常应用中使用合成丝，程丝绸中那么更高的合成产量将是至关重要的，特别是生物时尚在时尚行业，那里对可再生材料的学工需求很大，以阻止每年生产约1000亿件服装和9200万吨废物对环境造成的影响.

在工程贻贝足蛋白的帮助下，Zhang创造了新的蜘蛛丝融合蛋白，称为双末端Mfp融合丝(btMSilks)。btMSilks的微生物生产比重组丝蛋白的产量高八倍，并且btMSilk纤维在重量轻的同时大大提高了强度和韧性。这可以通过提供比传统纺织品更环保的替代品来彻底改变服装制造。研究结果于4月14日发表在NatureCommunications上。

“天然蜘蛛丝出色的机械性能来自其非常大且重复的蛋白质序列，”张说。“然而，让快速生长的细菌产生大量重复性蛋白质极具挑战性。

“为了解决这个问题，我们需要一种不同的策略，”他说。“我们一直在寻找可以通过基因融合到丝片段以促进分子相互作用的无序蛋白质，这样就可以在不使用大的重复蛋白质的情况下制造出坚固的纤维。我们实际上已经在我们已经在贻贝上进行的工作中找到了它们足部蛋白质。”

贻贝会在它们的脚上分泌这些特殊的蛋白质来粘住东西。张和他的合作者设计了细菌来生产它们，并将它们设计为生物医学应用的粘合剂。事实证明，贻贝足部蛋白质也具有粘性，这使它们也能很好地相互粘附。通过将贻贝足蛋白片段放在他的合成丝蛋白序列的末端，张创造了一种重复性较低的轻质材料，其强度至少是重组蜘蛛丝的两倍。

与过去的研究相比，张的材料产量增加了八倍，从1升细菌培养物中达到8克纤维材料。该输出构成了足够的织物来测试在实际产品中的使用。

“合成生物学的美妙之处在于我们有很多空间可以探索，”张说。“我们可以从各种天然蛋白质中剪切和粘贴序列，并在实验室中测试这些设计的新特性和功能。这使得合成生物学材料比传统的石油基材料更加通用。”

在接下来的工作中，张和他的团队将扩展其合成丝纤维的可调特性，以满足每个专业市场的确切需求。

“因为我们的合成丝是由使用工程细菌的廉价原料制成的，它为尼龙和聚酯等石油衍生纤维材料提供了一种可再生和可生物降解的替代品，”张说。