沒想到吧,除了蜘蛛外,細菌也能產出蜘蛛絲

2020-12-05 青年科普說

這種通過微生物工程製作出的人工纖維擁有和天然蜘蛛絲同樣的強度與韌度。

蜘蛛絲上有著工程師夢寐以求的特性。

它們的絲像鋼鐵般強韌,有彈性、無毒並且可生物降解。但是蜘蛛不易養殖。

每個蝴蛛的產絲量都很有限,並且有一些還會互相殘殺。幾十年來,科學家試圖仿製蛛絲,以用於運動裝備和防彈背心的製造,但他們合成的纖維都不夠好。

最近,一個研究團隊利用細菌生產出了與天然蛛絲一樣強韌且有彈性的纖維。

之前,研究人員曾將蜘蛛造絲的 DNA移植到細菌、蠶、植物甚至山羊體內,試圖得到大批量的絲。然而目前為止,得到的最好的絲的強度也只有蜘蛛絲的一半。蜘蛛絲之所以如此強韌,是因為其中重複的DNA序列編碼出了成百上千重複胺基酸纏繞摺疊成的大型蛋白質分子。華盛頓大學聖路易斯分校的能源、環境及化學工程教授張福中說: 「通常自然界會排斥重複的DNA,並儘可能改造這樣的結構。」雖然蜘蛛找到了如何穩定大型DNA的訣竅,但這種重複的結構單元在其他生物中會被剪斷或修改。

為了克服這個問題,張福中與同事們修改了蜘蛛產絲的DNA,攜帶這種修改過的DNA的細菌,會產生帶有特殊標籤的絲蛋白。把兩個蛋白分子連接在一起,形成長鏈後,特殊標籤在自動脫落脫落後,就會一種蛋白比最大的天然絲蛋白更大。

研究人員將這些蛋白製成粉,並將之與溶液混合,得到的混合液可以紡成絲,這種絲的強度可與天然蛛絲媲美。相關研究已經發表在2018年9月的《生物大分子》 (Biomacromolecules)雜誌上。

張福中表示合成絲可作為尼龍等石油制纖維的可持續替代品。但這種新方法仍然面臨著高成本問題,還有用到的紡絲液具有腐蝕性且成本高昂。

以上信息整理自:華盛頓大學聖路易斯分校

關注青年科普說,給你帶來更多你從來沒有聽過的科學趣聞!

相關焦點

  • 細菌產出蜘蛛絲
    細菌生產出的蜘蛛絲。(圖片來源:Christopher Bowen)蜘蛛有著工程師夢寐以求的能力。它們的絲像鋼鐵般強韌,有彈性、無毒並且可生物降解。但是蜘蛛不易養殖。每個蜘蛛的產絲量都很有限,並且有一些還會互相殘殺。
  • 經濟學人 | 蜘蛛絲的啟示
    而這一次,蜘蛛絲又能給我們帶來怎樣的啟示?王博士和曹博士對於蜘蛛是如何做到這一點的很好奇。他們把細菌和蜘蛛絲置於最適合細菌生長的實驗室條件下開始了他們的研究。在重複了三次實驗後,他們發現這些細菌從未以蜘蛛絲為食。但是,他們也發現,蜘蛛絲並不能阻止其周圍細菌的生長,這表明蜘蛛絲中不含任何抗生素。
  • > 蜘蛛絲有什麼用途
    蜘蛛拖絲是由22,000多個鹼基對編碼的富含甘氨酸的多聚體。很多普通溶劑難以降解拖絲。  從活的大量蜘蛛中收穫蛛是行不通的,它們不能象蠶那樣群體飼養。因此,科學家的目標只能用生物技術生產蛛絲蛋白,即將這種飼養。因此,科學家的目標只能用生物技術生產蛛絲蛋白,即將這種蛋白的基因轉移到細菌中,用細菌能大量生產這種蛋白。向著實現這一目標的努力的一個重要突破是NRDEC的Science和Technology Directorate的研究者能夠克隆蜘蛛N.clavipes造絲基因。
  • 初創公司利用蜘蛛絲製造服裝和醫療設備
    當時,位於蒙彼利埃的法國皇家科學學會主席Francois Xavier Bon de Saint Hilaire在給同事的信中寫道:「你將非常吃驚地聽到,蜘蛛產生的絲和普通絲綢一樣美麗、結實和光滑。」現代的吹捧則宣稱,蜘蛛絲的強韌程度是鋼鐵的5倍,但仍然比橡膠靈活。如果它能被製成繩子,那麼一張大尺度的網將能套住一架噴氣客機。關鍵詞是「如果」。
  • 蜘蛛絲,取代塑料的環保「神器」
    我們餐桌上的動物體內時不時會發現塑料殘骸,但是我們不會再大驚小怪,因為我們的體檢報告上也經常出現一個叫「肉芽腫」的名詞,這是微塑料通過空氣、飲用水和食物等進入我們體內,無法被消化而形成的腫塊,肉芽腫多了可能會發展成癌症吧,但是我們沒有人在乎了,反正人人體內都有,反正我們不知道什麼時候就會被這一堆該死的白色廢物給徹底埋葬。
  • 蜘蛛絲真的比鋼絲結實嗎?老外用25000根蜘蛛絲實測,簡直太厲害
    在《蜘蛛俠》的電影中,蜘蛛俠靠著吐出的蜘蛛絲可以攀巖走壁,穿梭於高樓大夏中想必也是給大家留下來深刻的印象。然而如此細膩的蜘蛛絲真的可以有那麼大的力量嗎?接下來大叔將鋼絲替換成蜘蛛絲,不知道接下來會發生什麼呢。
  • 轉基因蠶可生產人造蜘蛛絲強度超鋼鐵
    進行基因改造,美國科學家打造出人造蜘蛛絲,強度超過鋼材。這項研究突破將孕育出強度更高的織物纖維,用於包紮燒傷患者的繃帶以及防彈背心。轉基因蠶吐出的纖維含有彈性和延展性更高的蜘蛛絲蛋白,更能滿足醫學需求。面對地方主義和同類相殘構成的挑戰,蜘蛛進化出一種可靠的絲分泌方式。
  • 人造蜘蛛絲可量產!碾壓鋼材、碳纖維……
    蜘蛛絲非常富有彈性,一條直徑只有萬分之一毫米的蜘蛛絲,可以伸長兩倍以上才會拉斷!看過電影《泰山歸來》的人應該記得,那個壞老頭有一根蜘蛛絲製成的鏈子,後來被泰山的脖子給繃斷了!那真的是電影!我告訴你,如果現實中有這樣的蜘蛛絲鏈子,人類的脖子絕對繃不斷!
  • 合成蜘蛛絲:科學家利用細菌創造出更強韌、更具拉伸力的蛛絲
    蜘蛛絲是自然界中最強和最堅韌的材料之一,與一些韌性甚至比防彈凱夫拉更大的鋼合金一樣堅固。蜘蛛絲無與倫比的強度和韌性組合使這種蛋白質基材料成為許多應用的理想選擇,從超薄手術縫合線到防彈服裝。直到...位於聖路易斯華盛頓大學的工程與應用科學學院的研究人員已經設計出了生產生物合成蜘蛛絲的細菌,其性能與所有重要措施中的天然對應物相當。他們發現了一些令人興奮的未來可能性。
  • 現實版蜘蛛俠,能產絲的除了蜘蛛,還有基因改造後的蜘蛛羊
    除了應用於農業生產,培育出高營養高活力的農作物外,轉基因技術也在其他領域有著亮眼表現。比如,有人把蜘蛛的產絲基因植入了山羊的體內,從而使得山羊也有了跟蜘蛛一樣的「產絲能力」!這到底是怎麼一回事呢?天然的絕佳材料在談山羊之前,我們先了解下蜘蛛絲。如果不是蜘蛛絲太具有應用價值,誰會去大費周章的讓山羊去產絲呢?蜘蛛絲是我們最熟悉不過的東西了,它其實是蜘蛛分泌並抽出的一種纖維,主要成分為蛋白質。
  • 科學家惡搞基因實驗 蜘蛛羊可產「絲牛奶」(圖)
    美國科學家把蜘蛛DNA添加到山航DNA中,使得羊奶經過提煉曬乾後變成蜘蛛絲。美國科學家把蜘蛛DNA添加到山航DNA中,使得羊奶經過提煉曬乾後變成蜘蛛絲。人類的科學研究總是離不開動物界的犧牲,每當我們面臨食物短缺、測試新藥時,就拿動物開刀牛奶不夠營養,俄羅斯科學家想出用老鼠奶為嬰兒哺乳;三文魚刺身供不應求,美國人就在實驗室裡創造出比野生三文魚體型大3倍、全年都能繁殖的基因改造三文魚……你敢喝老鼠奶、吃人造魚嗎?這些科學試驗的出發點無疑是好的,但結果不知是惡搞了實驗動物還是惡搞了人類自己。
  • 蜘蛛絲能結「防彈皮膚」
    近日,荷蘭藝術家傑勒·埃瑟迪(Jalila Essadi)和細胞生物學家Ghalbzouri利用蜘蛛絲與人體皮膚混合生長,使燒傷病人長出一層刀槍不入的「防彈皮膚」。這項藝術與科學相結合的研究工作將可能產生醫療奇蹟。
  • 被誤解的蜘蛛
    只是大多數劇毒的蜘蛛都在國外,最著名的黑寡婦是寇蛛屬,幾乎在任何節肢動物的百科中,都會提及的一類劇毒蜘蛛。它的毒液毒性是響尾蛇的 50 倍,咬一口就斃命。但國內有劇毒的蜘蛛很少,且都在人跡罕至之地,所以,真的沒必要看見一隻小蜘蛛,就大喊大叫,而且95%以上的蜘蛛的毒牙都無法咬穿皮膚,更何況還穿著衣服呢!而且,大多數的毒性很弱,還不如一隻蜜蜂造成的傷害大呢!根本無需害怕!
  • 科學家開發出超強韌人造蜘蛛絲 用細菌、水凝膠纖維製成
    據報導,細菌正在幫助製造出工程蜘蛛絲,其強度和可拉伸性與蜘蛛吐出的拉力絲相比。拿一磅工程蜘蛛絲和一磅鋼絲相比,會更重,但是同時更堅韌。數十年來,工程師們一直在嘗試用轉基因細菌、酵母菌甚至羊奶來合成合成物,但始終未能達到目標。但比較具有挑戰性的部分是,「蜘蛛絲」的遺傳信息是一長串重複的DNA。那些先前測試過的生物的細胞機制隨機地改變或砍掉了這種序列。為了克服這個問題,研究人員將重複的DNA精確地分成了幾部分,然後將每個重複的片段插入到大腸桿菌中。
  • 蜘蛛絲是什麼組成的 蜘蛛絲的特點是什麼
    蜘蛛絲是什麼組成的 蜘蛛絲的特點是什麼 2019-09-02 11:46:16 來源:全球紡織網 蜘蛛絲是什麼組成的?蜘蛛絲的特點是什麼?
  • 科學家用蜘蛛絲作為傳統膠水的可生物降解替代品
    科學家們已經成功生產出合成蜘蛛絲,創造出一種新型的可生物降解膠水替代品。位於曼徹斯特大學的研究人員發現,他們自製的合成蜘蛛絲膠水和市面上的粘合劑一樣好用,而且對環境無害。這種膠水是利用無害的細菌,使其除了正常的蛋白質外,還能產生蜘蛛絲。然後可以給細菌餵食糖分和營養物質,通過發酵產生蜘蛛絲膠水。
  • 什麼是蜘蛛絲
    蜘蛛的肚子裡有許多絲漿,它的尾端有很小的孔眼。結網的時候,蜘蛛便將這些絲漿噴出去。絲漿一遇到空氣,就凝結成有粘性的絲,用它所結成的網,無論什麼飛蟲,一撞上就別想再跑掉。而蜘蛛的身上和腳上經常分泌出一層油質,粘絲是不粘油的。
  • 蜘蛛絲製作成的面料
    提到面料,大家都能想起不少奢華昂貴的面料名字,包括羊絨等。雖然價格不菲,但真心算不上有多昂貴。畢竟,世界上最昂貴的面料並不是從動物身上或蠶絲上取得的,它是由蜘蛛吐的絲製作而成,需要120萬條蜘蛛絲才能做成一匹布,價格昂貴不說,產量也非常稀少,目前全世界也僅僅只有一條。   這一面料的名字就叫Golden Spider Silk(黃金蜘蛛絲),其散發出的光澤如同黃金般亮眼,因此而得名。
  • 地表最強膠墊能反地心引力,比蜘蛛絲還強
    像蜘蛛俠的蜘蛛絲一樣,順便一扔就能黏在大部分物體表面只可怕的是它的黏貼力十分驚人,跟蜘蛛絲有得一比無需外加任何東西都能黏上物體感覺他開始瘋了,4公斤的木桌子都吊起來啦臥槽,沒看錯吧另外,現在除了圓形和三角形外,還有正方形的 Fixate Gel Pads ,它的面積更大
  • 科普:蠶也能吐「蜘蛛絲」
    原標題:科普:蠶也能吐「蜘蛛絲」    蠶也能吐蜘蛛絲?沒錯。日本農業生物資源研究所28日宣布,該所研究人員將蜘蛛產生蛛絲的基因植入蠶體內,生產出了韌性相當於天然蠶絲1.5倍的「蜘蛛蠶絲」。這種「蜘蛛蠶絲」兼具蛛絲的強韌和蠶絲的光澤,有望作為手術縫合線或用來製作防護服。