细菌可能要进军新的制造业了。科学家研发出了一项新的技术，他们利用大肠杆菌（Escherichia coli）人工合成出了一种肌肉蛋白——肌联蛋白（titin），它的分子量比此前在实验室中合成出的物质要高几十倍。人工合成的肌联蛋白或许能在未来制造柔韧而用途广泛的纤维，例如可以用在医用缝合线、抗阻材料或可生物降解材料中。

大肠杆菌易于控制且繁殖较快，科学家已经用它生产出了包括生物柴油和药物在内的多种物质。不过，此前科学家还没有用大肠杆菌制造过蛋白质大分子，例如分子量是大肠杆菌50倍的肌联蛋白。

在一项发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上的研究中，研究人员利用一种新的质粒（plasmid）引导大肠杆菌制造出了肌联蛋白，这种质粒是人工改造的环状DNA。该研究的共同作者卡梅伦·萨金特（Cameron Sargent）是华盛顿大学圣路易斯分校的生物化学家，他说，构建如此大的蛋白质分子原本会耗尽细胞的资源。如果质粒指引大肠杆菌一次合成整个蛋白质分子，细菌为了避免承受过高的合成压力，就会移除或截断细菌内的质粒。因此，研究团队另辟蹊径，人工改造出了一种新的质粒，它能指引大肠杆菌合成较短的蛋白质片段。随后，这些具有特定结构的蛋白质片段能在细菌内自发交联成蛋白质大分子。

研究人员将合成的肌联蛋白从细菌中提取出来，并将高浓度的蛋白质溶解在一种有机溶剂中。接着，受蜘蛛纺丝的启发，他们将含有肌联蛋白的有机溶液装在注射器里，并把溶液射到水浴锅里。通过改变溶液射入的方向，就能将蛋白质溶液沿着已有的纤维基底“纺”成细丝。事实上，这些细丝的强度和韧性已经超过了肌肉纤维中的天然肌联蛋白。

萨金特将肌联蛋白分子的大小和纤维中的蛋白分子排列，比作一锅煮熟后坨在一起的意大利面。他说：“与短意面相比，我们更难分开一坨长意面。这是因为意大利面的长度越长，每根面之间的相互作用力就越大。”研究人员发现，在面对应力时，肌联蛋白纤维之间的相互作用是这种纤维具有韧性的关键。当施加拉力时，肌联蛋白分子内的键会率先断裂，这个过程能吸收大部分外力的能量，从而削弱拉力的作用，使纤维不易断裂。

尹俊阳（Yun Jung Yang，音译，并未参与这项研究）是仁荷大学（Inha University）的化学工程师，他认为：“这项技术的不同寻常之处在于，研究人员在人工合成的蛋白质中复刻出了天然肌联蛋白所具备的机械性能。”

现在，研究人员可以利用这项技术生产其他蛋白质大分子，并从中寻找有可能进行实际应用的生物材料。例如节肢弹性蛋白（resilin）——它是一种推动跳蚤弹跳的弹性聚合物，或是鲍鱼壳内侧的珍珠层（mother-of-pearl）。

编辑：王星

责任编辑：樊丽萍

转载：环球科学

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