西南大學科學家重組基因
蠶寶寶首次吐出人工合成蠶絲蛋白
做衣服更耐穿
做面膜更吸水
飄逸潤滑的桑蠶絲衣服，是許多人的最愛。讓人苦惱的是，桑蠶絲很嬌氣，不耐穿，打理起來也格外麻煩。不過，未來桑蠶絲有望得到改進。昨日，重慶晚報記者從西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室獲悉，通過敲除Fib-H基因獲得空絲腺，蠶寶寶吐出人工合成蠶絲蛋白，這在國內(nèi)外尚屬首次。日后，人們或許可以穿上人工合成蠶絲做的衣服。
剪掉Fib-H基因
“絲綢之所以不好打理，是因為絲蛋白的特性。”西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室博士馬三垣介紹，家蠶吐出的蠶絲中，含有10多種主要的絲蛋白。
在教育部長江學者特聘教授、實驗室主任夏慶友教授的帶領(lǐng)下，以馬三垣為首的10多人的研究隊伍，通過基因組編輯，對絲蛋白進行了基因重組，并讓蠶寶寶吐出人工合成絲蛋白。上月月底，該研究成果發(fā)表在國際期刊《Scientific Reports》上。
據(jù)了解，一只家蠶約有16425個基因，西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室通過10來年研究，已完全掌握家蠶的基因序列，“你可以將它們想象為一篇電子文檔，”馬三垣打了個比方，“就像編輯文檔一樣，我們現(xiàn)在可以對家蠶的基因組進行任意地剪切、復(fù)制、粘貼、刪除”。
在這16425個基因中，其中一個基因叫做Fib-H基因，它是絲蛋白的最主要成分，是幾千年以來人類馴化和利用家蠶的主要靶標。利用鋅指核酸酶技術(shù)，研究者在家蠶的生殖細胞中“剪切”掉了其中的Fib-H基因，沒有Fib-H基因的家蠶絲腺，叫做“空絲腺”。
馬三垣介紹，絲腺是家蠶用來制造蠶絲的器官。“絲腺存在于很多昆蟲和絕大部分蜘蛛體內(nèi)，具有驚人的蛋白合成能力和儲藏能力，其中又以家蠶的絲腺最為突出。”
注入人工合成蛋白
接下來，研究人員將事先設(shè)計好、與Fib-H基因類似的人工絲蛋白基因，在顯微鏡下注射到被敲除Fib-H基因的蠶卵體內(nèi)。“這些人工合成蛋白就像是機器人，它們會在蠶卵體內(nèi)自動找到該去的位置，按照設(shè)計，對蠶卵的基因進行改造。”
被注入人工合成蛋白后，蠶卵的部分基因發(fā)生改變?；蚓庉嫵晒Φ男Q卵，當它們長大后，吐出的絲中就含有人工合成絲蛋白。
2013年，蠶寶寶第一次吐出人工合成絲蛋白。重慶晚報記者看到，含有人工合成絲蛋白的蠶繭，發(fā)出綠色熒光。和正常的蠶繭相比，這些蠶繭更加輕薄。馬三垣介紹，一只蠶一生大約可吐出0.5克絲蛋白，基因重組的蠶寶寶，吐出的絲蛋白雖然只有0.15克，但人工合成絲蛋白可占到一半。
蠶寶寶改吐其他蛋白
“不僅是吐綠色熒光的絲，理論上說，任何絲都可以吐出來。”馬三垣說，這是世界上人工設(shè)計的蛋白纖維在活體生物中首次合成，有著極其重要的應(yīng)用價值。
比如說桑蠶絲面料的衣服，由于桑蠶絲愛泛黃、易皺，衣服款式、花色比較單一，桑蠶絲讓人有些愛不起來。通過對蠶絲纖維的人為改良和重新設(shè)計，以后桑蠶絲可能會像棉質(zhì)衣服一樣，既保持桑蠶絲的舒適感，又像棉衣一樣耐穿、好打理。
愛美女士們離不開的面膜，以后用起來吸水也可能更好。馬三垣介紹，現(xiàn)在得到的基因重組家蠶吐的蠶絲主要含有絲膠蛋白，是上佳的美容材料，以后通過加入其他小分子的人工絲蛋白，面膜吸水性加強，更有利于皮膚吸收營養(yǎng)。
“更為重要的是，這項技術(shù)為大規(guī)模獲取生物蛋白提供可能。”馬三垣說，隨著醫(yī)學的發(fā)達，臨床上對生物蛋白的需求越來越大，疫苗、激素、人工骨架等藥物和生物材料都離不開生物蛋白。而家蠶、蜘蛛的絲腺具有驚人的合成和儲存蛋白能力，通過家蠶基因組編輯，可以讓蠶寶寶不再光吐蠶絲，而是按照實際需要吐出其他蛋白，應(yīng)用于生物工程中。
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