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南京专家克隆蜘蛛丝基因 制造出“人工蜘蛛丝”
发布日期: 2006-12-4 共浏览:1568人次 新闻来源:新七浦 |
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蜘蛛是自然界产丝和用丝的“专家”，它们一生都离不开丝。然而，在普通人看来，恼人的“蜘蛛网”只是“灰尘”，需要“一扫了之”。但在科学家的眼里，柔弱的蛛丝，却和人们的生活密切联系在一起。
南京师范大学生命科学学院的专家，就克隆出蜘蛛丝的基因，并用其制造“人工蜘蛛丝”。
研究蛛丝成了热门课题
几百万年以来，蜘蛛学会了生产最细的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以捕获猎物，赖以生存，繁衍后代。
科学家们注意到蜘蛛丝非同一般的性能：首先，它比人的头发还要细，但强度却比钢丝还要大。其次，它的柔韧性和弹性都很好，耐冲击力强；再有就是无论是在干燥状态或是潮湿状态下都有很好的性能等等。
专家告诉记者，把这些优良的性能集中在同一种纤维上是十分困难的，而蜘蛛却做到了，由于有了这些性能才能保证蜘蛛网在各种气候条件下都能正常工作，保证了蜘蛛的生存和传宗接代。人们开始考虑如果有一天，能够用人工的方法大量而经济地生产这种纤维必将对纤维和纺织业的发展产生深远的影响。据了解，目前美国、加拿大、德国、俄罗斯和日本等发达国家已投入大量的人力和物力进行研究，对蜘蛛丝的研究，已成为当今世界纤维界的热门课题。
弹性和强度从何而来？
在电影《蜘蛛侠》里，一根蛛丝就能保证蜘蛛人在空中“飞来飞去”，并能将对手迅速“固定”。蛛丝为何会有如此强大的功能呢？专家向记者介绍：如果仔细看，在蜘蛛网上的蜘蛛，它的身体为什么不容易晃动？就是因为蜘蛛丝中含有一种特殊的分子结构，能使蛛丝富有弹性，很容易克服摆动。并且一旦“对手”置身于网中，就无法逃脱。
由于蜘蛛丝中有不规则的蛋白质分子链，所以使它具有很高的弹性，而另一种规则的蛋白质分子链，则施与蜘蛛丝以强度。而蜘蛛在结网时，顺序上是先结直丝，再结横丝。直丝有如整片网的骨架，因此强度高。横丝上附有粘球液体，用以粘住比自己身体还大的昆虫，并抵消昆虫的撞击力。国外的科学家通过实验比较发现，直丝的弹性度只有30%，而横丝的弹性度高达200%，并且蜘蛛丝可以延伸到原长的10倍，而尼龙一旦延展到原长的20%就会发生断裂，同时蜘蛛体内分泌的蛋白质能源源不断“造丝”。
克隆基因制造超级纤维
南京师范大学生命科学学院周开亚教授告诉记者，不同蜘蛛分泌的丝纤维的性能之间存在着一定程度的差异。目前他们的团队就利用基因和蛋白质测定，确定一种叫“悦目金蛛”蜘蛛丝蛋白的氨基酸序列，并克隆其基因构造，开发功能强大的人工拖丝。
据介绍，“悦目金蛛”在南京本地也比较常见，这种蜘蛛长得很特别，织出的网更特别，网上经常有一行丝织得特别连贯，而且非常清晰，看起来就像英文中的N、W、M等字母的连写。
周开亚说，他们从芜湖捉来这些蜘蛛，然后饲养在实验室内。经过短期饲养，用生物化学方法对蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行了研究，分离了蜘蛛丝蛋白基因编码的核苷酸序列，建立了数据库，同时进行了基因序列的分离、纯化、结构特征的表达和克隆等研究工作，利用DNA合成技术已成功地在DNA水平上建立了不同蜘蛛丝蛋白片段的基因序列谱图，并制造出一种称为蜘蛛丝蛋白的合成基因，利用这种基因，就可生产出基因序列与天然蜘蛛丝蛋白相同的产品。
据了解，为使通过基因工程手段获得的人工大壶状腺丝蛋白分子量最大可能接近“自然”，专家们采用基因操作技术，人工拼接了编码大壶状腺丝蛋白的人工基因。而这种“人造蛛丝”一旦生产和应用，普通市民也就可以享受蜘蛛侠的“待遇”。
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蜘蛛丝的应用
周开亚教授告诉记者，目前蜘蛛丝的应用在国内相对比较落后，但是在国际上是非常热门的新材料。据介绍，蜘蛛丝有比芳纶还高的强度，计算表明，一根直径10mm的蜘蛛丝绳可以拦住一架正在飞行中的喷气式飞机，蜘蛛丝有吸收巨大能量的能力，又耐低温，同时它又是天然产品，是生物可降解的和可循环再生的材料。
1.在军事方面。用蜘蛛丝做的防弹背心比用芳纶做的性能还好。也可用于制造坦克和飞机的装甲，以及军事建筑物的“防弹衣”等。
2.在航空航天方面。可用于结构材料、复合材料和宇航服装等。
3.在建筑方面。用于制造桥梁、高层建筑和民用建筑等的结构材料和复合材料。
4.在农业和食品方面。可用做捕捞网具，代替造成白色污染的包装塑料等。
5.在医学和保健方面。由于蜘蛛丝是天然产品，又由蛋白质组成，和人体有良好的相容性，因而可用作高性能的生物材料，如人工筋腱、人工韧带、人工器官、组织修复、伤口处理，用于眼外科和神经外科手术的特细和超特细生物可降解外科手术缝合线。
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