《糖蛋白让蛛丝在潮湿环境下保持黏性》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-05-24
  • 英国《自然·通讯》杂志22日发表的一篇生物力学论文称,美国科学家团队发现了蛛丝聚合胶能够在潮湿条件下保持黏性的机制,该成果有助于开发可以在潮湿环境中使用的新型聚合材料和黏附系统。

    在生物界,能够在潮湿环境下保持可靠黏性的黏附系统很常见。以蜘蛛为例,蜘蛛丝是一种特殊的生物聚合物,与胶原(组成皮肤和骨头的材料)相关,但是蛛丝的结构要更加复杂,它使蜘蛛即使在潮湿的栖息环境下,都可以使用这种胶水型材料捕捉猎物。

    科学家们发现,有一种方法应该可以有效保证潮湿环境下的黏性——利用可以根据湿度改变自身形式或结构的特殊分子。但是,一直以来,令蛛丝胶液能够在潮湿条件下持续保持黏性的确切机制仍不为人知。

    为了解开这个谜题,美国阿克伦大学合成材料专家阿里·蒂诺瓦拉及其同事,此次研究了圆蛛聚合胶如何黏附在蓝宝石表面。他们利用和频光谱技术,发现蛛丝聚合胶的主要成分是糖蛋白,它们可以在潮湿条件下改变自身结构,通过折叠使得蛛丝在有水的情况下也有利于保持黏性。

    此外,研究团队还发现,在蛛丝聚合胶中普遍存在能够吸引水的小分子,这些复合物可以隔绝游离水,游离水通常会覆盖底物和聚合胶的界面,从而阻止黏附。

    蜘蛛丝基因编码的大量蛋白质都拥有多次重复的氨基酸片段,并且充满很难破译的重复DNA,但蛛丝的蛋白基因组成、结构形态和力学性能,也为现代生物工程提供了研制新型聚合材料的灵感。研究人员认为,此次搞清楚其黏性机制,将有助于增强相关材料在潮湿环境中的黏附效果,大幅减少失效情况。

    最让人类抓狂的小事中,“黏胶撕不干净、抠不掉”一定上榜;而在胶水的世界中,潮湿环境却是不折不扣的头等天敌。科学家曾制造出强度超出想象的人造蛛丝,现在,蛛丝的黏附系统又被玩味和琢磨。看来,在仿生学领域,蜘蛛确实是不可多得的参照模型。但别忘了,仅有好奇心是不够的,没有跨学科的知识和技术网络,这些生物的异禀天赋才不会轻易被人类揭秘、为人类所用!

  • 原文来源:http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2018-05/24/content_673902.shtml
相关报告
  • 《光合细菌制造蛛丝蛋白》

    • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
    • 编译者:陈方
    • 发布时间:2020-09-10
    • 7月8日Communications Biology报道,日本RIKEN可持续资源科学中心(RIKEN Center for Sustainable Resource Science,CSRS)研究者利用光合细菌成功生产蛛丝蛋白,该研究将开创利用光合细菌稳定大量生产蛛丝蛋白的新纪元。 蛛丝蛋白兼备强韧和轻盈、生物可降解和生物相容等优良特性,可用于制造高性能材料和生物医学材料,但目前利用蜘蛛进行蛛丝蛋白大量生产并不可行。 CSRS研究团队专注于研究海洋光合作用紫色细菌(Rhodovulum sulfidophilum),这种细菌在海水中生长,使用太阳能作为能量来源,吸收二氧化碳和氮气,因此非常适合用于建立可持续的细胞工厂。研究人员对这种细菌进行了基因改造,使其产生MaSp1蛋白,该蛋白是蛛丝蛋白的主要成分,并对蛛丝的强度起着重要作用。研究者不断优化插入基因序列使其生产更多的MaSp1蛋白。研究者通过简单的配方:人工海水、碳酸氢盐、氮气、酵母提取物以及近红外光照射,就能使该光合细菌能够良好生长并有效地生产蛛丝蛋白。进一步研究证实,细菌产生的纤维的表面和内部结构与蜘蛛自然产生的纤维非常相似。 该研究首次证明了利用光合细菌生产大量蛛丝蛋白的可行性。通过碳中性的光合微生物细胞工厂生产生物基和可生物降解材料,有助于早日实现联合国通过的可持续发展目标,为缓解能源、水和粮食危机,解决固体废物和全球变暖问题提供可行的解决思路。 吴晓燕 编译自https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200708105955.htm 原文链接:https://www.nature.com/articles/s42003-020-1099-6                             原文标题:A marine photosynthetic microbial cell factory as a platform for spider silk production
  • 《接近蜘蛛丝强度的蚕丝》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2017-11-20
    • 众所周知,蜘蛛丝是强度最大的材料之一。但遗憾的是,养蜘蛛来生产蜘蛛丝是非常不切实际的。虽然目前很多研究人员正在研究合成蜘蛛丝,但麻省理工学院和塔夫斯大学的科学家们却采取了另一种方法......他们设计了一种使用蚕丝来制造几乎与蜘蛛丝一样硬的纤维的方法。 这个过程涉及化学溶解蚕茧,但只是溶解到一定程度。蚕茧的分子结构仍然保持不变,而丝纤维分解成微丝状结构,称为微原纤维。麻省理工学院的Markus Buehler教授把这个过程比喻为拆除一栋砖房,但保留了各个砖块。 随后将溶液通过小开口挤出,使这些微原纤维重新组装成单纤维。据报道,这种被称为再生丝纤维(RSF)的材料的硬度是普通蚕丝的两倍。 除了以传统纤维的形式形成纺织品外,还可以将RSF做成网状、管状、卷状和片状等结构。由于蚕丝具有天然的生物相容性,所以这种材料可能应用于医用缝合线或用于新组织生长的支架等领域。 另外,还可以通过涂覆一层碳纳米管来使RSF具有导电性。在这种情况下,可以将其设计成智能织物,例如防褥疮床单,当病人躺在一个位置上太久时,会向护理人员发出警告。 该研究已经发表在期刊Nature Communications上。