细菌哄骗制作用于太空任务的高性能蛋白质韩真真

细菌哄骗制作用于太空任务的高性能蛋白质

一组研究人员计划使用工程菌来制造蛋白质。将我们带到太空的蛋白质。

我们倾向于认为生物学是糊状和脆弱的，而机械的一切都被看作是强大的但事实并非如此。天然的，基于蛋白质的物质具有与合成材料相当的机械性能，有时甚至超过合成材料的机械性能。例如，一磅蜘蛛丝比我们用来制造建筑物或汽车的一磅钢更坚固，更坚韧。所以，当然，我们非常希望能够以便宜和充足的供应来提供这些材料。

但我们没有，因为我们不知道如何大规模生产蜘蛛丝和其他类似的蛋白质。也就是说，我们不知道。今天在美国化学学会2019年春季全国会议和博览会上，一个研究小组正在展示他们开发的一种方法，该方法使用基因工程细菌来生产蜘蛛丝等蛋白质，并计划在未来使用它们。太空任务。

“在自然界中，有许多基于蛋白质的材料具有惊人的机械性能，但这些材料的供应往往是有限的，”该项目的首席研究员，医学博士Fuzhong Zhang博士说。“我的实验室对工程微生物感兴趣，因此我们不仅可以生产这些材料，还可以使它们更好。”

蜘蛛，作为您可能怀疑的生物学专业，往往相当微小。他们也不会对室友的前景感到特别兴奋：如果你试图让他们成群结队，他们就会变得同类相食。这就是为什么研究人员试图通过设计细菌，酵母，植物甚至山羊来生产蜘蛛丝来尝试完全使用它们。到目前为止，他们还没有完全复制天然纤维的机械性能。他们没有完全发生灾难，但最终产品的价格却远远不够。

张的团队解释说，部分问题在于蜘蛛丝蛋白是由非常长，高度重复的DNA序列编码的。蜘蛛还进化出了生化手段，使这些序列在基因组中保持稳定。然而，其他生物不需要这些生化机制。因此，当我们尝试在其他基因组中复制粘贴丝基因时，它们会降解; 通常是因为宿主生物的细胞改变或缩短了基因。张和他在圣路易斯华盛顿大学的研究小组认为将它们分解成更短的块可以帮助它们保持稳定 - 这就像宜家一样。以这种方式工程化的细菌只会产生所需蛋白质的亚切片。该团队将管理最终的装配步骤。

他们将编码两片蜘蛛丝蛋白的基因拼接成细菌，每个片段的侧翼都是“分裂内含肽”。他们解释，裂解内含肽是天然存在的具有酶活性的蛋白质序列。不同蛋白质块上的两个分裂内含肽可以连接，然后将它们切割出来以将两个块连接在一起。非常方便。

在将基因引入细菌后，研究小组将它们分开并取回蛋白质子组件。混合在一起，两半反应，产生最终的蛋白质，团队纺成纤维。他们报告说，最终产品具有蜘蛛纺蜘蛛丝的所有特性 - 它具有特别的弹性，坚韧和强韧。总的来说，这种方法在制作丝绸方面似乎比蜘蛛本身更好。该团队每升细菌培养物获得2克丝。

最重要的是，这种方法不仅限于蜘蛛丝。其他重复蛋白质可以通过简单地用其他序列交换编码丝的DNA来合成。作为概念的证明，该团队还生产了一种贻贝用于粘附在不同表面的蛋白质- 他们说这种蛋白质可用作超强水下粘合剂。

该团队目前正在努力提高其细菌的产量。他们还试图简化这一过程，使细菌自身处理蛋白质的最终组装。这将提高系统的效率和潜在的自动化，因为研究人员不必纯化两片蛋白质，然后将它们一起孵育。

“美国宇航局是我们的资助者之一，他们对生物生产感兴趣，”张说。“他们目前正在开发能够将二氧化碳转化为碳水化合物的技术，这些碳水化合物可以用作我们正在设计的微生物的食物。这样，宇航员就可以在太空中生产这些基于蛋白质的材料而不会带来大量的原料。“

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