它是一種可塑性強(qiáng)、透明、有機(jī)生物材料,在世界上,幾乎找不到另外一種和它一樣的材料了。
它與所有的生物都嚙合,無論是皮下還是皮上。沒有人知道是為什么,當(dāng)將它移植進(jìn)入充滿水的身體時(shí),你的身體就像看不到它一樣。
看,一條蠶在吐絲!
這蠶抬起頭不斷以“8”字形擺動,它從頭上的小孔中吐出一縷美麗的絲,黏結(jié)在蔟器上,再吐絲連接周圍蔟枝,形成結(jié)繭支架。蠶吐出的絲足有一公里長,結(jié)成的蠶蛹非常堅(jiān)硬,無論怎么擠壓都不會變形。
但是這條蠶并不能完成它的整個(gè)生長過程,它的命運(yùn)將和每年飼養(yǎng)的無數(shù)蠶蟲中的大多數(shù)一樣:蠶繭一旦完成,便被收割,浸泡,然后在水中散開。
每個(gè)農(nóng)場里,只有很小部分的蠶可以繼續(xù)發(fā)育成長,破繭而出,成為飛蛾。
這些幸運(yùn)的少數(shù),擔(dān)負(fù)著向下一代傳遞它們秘密本領(lǐng)的任務(wù):數(shù)千年來,怎樣真正地制造出絲,只有蠶蟲自己才知道。
強(qiáng)韌的絲蛋白質(zhì)纖維
大約公元前2700年,養(yǎng)殖蠶蟲在中國起源。直到公元三世紀(jì),養(yǎng)蠶的秘密才被泄露。
絲綢生產(chǎn)的瓶頸是養(yǎng)蠶。
在吐絲前,蠶需要一個(gè)月的生長期,期間要吃掉大量的桑葉。并且,蠶對生長環(huán)境要求極高,如果環(huán)境不適合,它們便不能吐絲。
但是,相對于蠶吐出的、具有自然界中最強(qiáng)大、最長蛋白質(zhì)鏈的蠶絲來說,這些“小缺點(diǎn)”,簡直不值一提。
在分子層面上,幾種相互為鄰、牢固連接、不斷重復(fù)的氨基酸,連成一條長得令人難以置信的鏈,使得絲蛋白質(zhì)纖維比鋼鐵牢固五倍,比凱夫拉纖維(一種用于防彈衣和其他身體裝甲的人造布料)堅(jiān)韌三倍。
利用基因原理“吐”絲
自1999年開始,科學(xué)家就提出了若干個(gè)不需要蜘蛛或者蠶蟲,而單單依靠基因?qū)W的力量,廉價(jià)批量生產(chǎn)出絲的方法。
一群加拿大分子生物學(xué)家把解碼出的產(chǎn)絲基因植入到山羊卵細(xì)胞中的奶基因旁邊。這些卵細(xì)胞被受精、孕育,誕生出2002年聞名全球的山羊,山羊在其羊奶中產(chǎn)出了糖漿溶液狀的絲。分子生物學(xué)家從溶液中提取絲蛋白,并且將其制成一種叫做“生物鋼”的產(chǎn)品,這是世界上第一種“轉(zhuǎn)基因”材料。
韓國人嘗試把絲基因放到大腸桿菌里面。大腸桿菌是分子生物學(xué)的最愛,因?yàn)樗泻唵蔚幕蚪M,對于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的要求較低,且易于操縱,便用于制造想要的絲蛋白質(zhì)纖維。通過移植蜘蛛的DNA到大腸桿菌里,韓國科學(xué)家們培養(yǎng)出了一組能在不到一天的時(shí)間里合成出絲蛋白質(zhì)的細(xì)菌;再經(jīng)過兩天多的提煉,就能生產(chǎn)出液態(tài)的絲;最終,經(jīng)過三天的工作,這項(xiàng)技術(shù)便能夠生產(chǎn)出絲。這一過程,比傳統(tǒng)的蠶養(yǎng)殖時(shí)間縮短了近十倍!
德國人用轉(zhuǎn)基因煙草和土豆來生產(chǎn)絲蛋白。因?yàn)橄穹N子和莖之類的植物器官,可以作為理想的轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)的存儲容器。
無論最終將在山羊乳房中產(chǎn)生絲,還是在轉(zhuǎn)基因煙草或在大腸桿菌培養(yǎng)皿產(chǎn)生絲,有一點(diǎn)可以確定的是,蠶兒想“壟斷”產(chǎn)絲行業(yè)的想法,最終將會終結(jié)。
絲的另類新用
一種新的以絲為主體的技術(shù)已經(jīng)在改變醫(yī)療保健領(lǐng)域。
幾年前,美國塔夫茨大學(xué)的科學(xué)家研制的絲組織支架是這些技術(shù)中第一個(gè)獲得美國食品及藥物管理局許可的,目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)投入市場。這種支架由海綿狀的絲制成,外表和感覺都極像人類組織。在創(chuàng)傷手術(shù)中移植這種支架,可以支撐或者重建受傷的韌帶、肌腱和其他組織。而由于其生物兼容特性,絲支架會在一段時(shí)間后降解融入周圍的組織之中。
絲的強(qiáng)度使其可以同時(shí)用于解決另一個(gè)健康問題。
在現(xiàn)階段,許多藥物的有效運(yùn)送要求運(yùn)輸過程需持續(xù)恒溫的冷藏。然而,運(yùn)送的許多環(huán)節(jié)常常會缺乏足夠的資源(比如電力和冷藏車)來保持冷藏鏈的有效運(yùn)行,結(jié)果導(dǎo)致每年約有四百萬人因?yàn)榭股睾鸵呙邕^熱、凝聚失效而死于可預(yù)防的疾病。
但是混合在絲膠囊中的藥物是很穩(wěn)定的,它們不會凝聚并且可以不需冷藏便可保持多年的化學(xué)活性。當(dāng)絲—抗生素膠囊到達(dá)病人的所在地時(shí),即便是非洲的某一個(gè)小村落,這些藥物也能夠很簡單地在一杯水中溶解并被病人服下。目前,這項(xiàng)藥物保存的新技術(shù)已經(jīng)處在最終的測試階段,很快便可以投入市場。 (責(zé)任編輯:鑫報(bào))