不可能的任務！蠶寶寶竟然吐出蜘蛛絲？

蠶絲與蜘蛛絲都是體內絲腺體所分泌的天然固體纖維，在分泌過程中，絲蛋白水溶膠經脫水後形成絲纖維，其性能優越。與蠶絲相比，蜘蛛絲不僅強度好，而且質地輕，富有彈性，在軍事、醫療及國防等領域具有更廣泛應用前景。然而，由於蜘蛛的領地習性和同類相食性，通過人工規模化養殖蜘蛛以獲得大量商品化的蜘蛛絲困難重重。家蠶是唯一可以通過人工養殖大量獲取絲纖維的動物，由於蠶絲蛋白和蜘蛛絲蛋白在結構上有一定的相似性，因此科學家們通過將表達蜘蛛絲蛋白的基因以轉基因的方式轉入家蠶基因組內，使轉基因蠶吐出「蜘蛛絲」，為利用家蠶大量生產新型纖維材料及表達其他高附加值蛋白提供了新策略。

從絲蛋白到結繭的奇妙過程

首先，讓我們來說明一下家蠶是如何吐絲結繭。原來形成蠶絲的原材料(絲蛋白)是在家蠶體內稱為絹絲腺的器官合成，絹絲腺從形態和功能上可分為前部絲腺、中部絲腺和後部絲腺，前部絲腺是液態絲蛋白流通的管道，絲蛋白主要由中部絲腺和後部絲腺合成。蠶絲是以絲素為中心，外被幾層絲膠的複合纖維，絲素占70-80%左右，主要由後部絲腺合成，絲膠則由中部絲腺合成。在5齡中期前，體內最大的器官為中腸，但在5齡後期，家蠶逐漸停止取食桑葉，體內的組織細胞發生重大改組，絹絲腺逐漸成為體內最大的器官。腺體內充滿液態的絲蛋白，蠶的身體開始變得發黃而透明。此時的家蠶幼蟲到處徘徊行走，尋找結繭埸所。一旦找到可營繭支撐的地方，就開始吐絲結繭。在幼蟲頭部口器的下方有一吐絲管，液態的絲蛋白通過細長的吐絲管時，脫水結晶後變成固態的絲纖維。我們一般稱家蠶吐絲結繭，其實絲是被拉出來的，由外部的拉力和腺體內部的推力共同作用的結果。

當蠶將裹在絲纖維外層的絲膠蛋白分泌到體外時，絲膠蛋白在未乾燥前仍有足夠黏性，可黏住適當的固體表面，然後，蠶通過頭部的擺動，將一端已固定的絲纖維拉出。家蠶最重要的經濟價值就是分泌蠶絲，人們為了獲取更多更好的蠶絲，不斷地進行品種改良，家蠶通過長期的人工選擇，大幅提升了泌絲能力，一隻蠶可以分泌0.5克蠶絲蛋白，長度可達1500米。

蜘蛛絲有生物鋼材之稱，應用無界限！驚人多功能！

蜘蛛在動物界中屬於節肢動物門，為蛛形綱，蜘蛛目所有動物的總稱，有八隻腳，身體分頭胸部和軀幹部，算是昆蟲的近親。大多數的蜘蛛能吐絲、結網，具有較強的生存適應能力。蜘蛛絲是一種有「生物鋼材」之稱的高分子蛋白纖維，在已知的天然蛋白纖維中強度最高，細小，其柔韌性和彈性都很好，耐衝擊力強，耐低溫，無論在乾燥或潮濕狀態下都能保持較好的性能。由於蜘蛛絲具有上述優良特性，使得蜘蛛絲用途十分廣泛。在軍事方面，可用於製造防彈衣、坦克和飛機的裝甲、降落傘等；在醫學領域，可用於製作人工關節、韌帶、人造肌腱、假肢、超細外科手術縫線等生物材料；在工業方面，蜘蛛絲可用於製作高強度材料、車輪外胎、魚網等；在建築方面，可用於製造橋樑、高層建築和民用建築等的結構材料及複合材料；在紡織方面，可製作成服裝、圍巾、帽子等。

儘管蜘蛛絲用途廣泛，但蜘蛛的產絲量少，不易分離提取，此外，由於蜘蛛同類相食，無法大量養殖，難以獲取大量的蜘蛛絲，以滿足實際應用的需求。因此，科學家們一直致力於利用基因工程的方法，將蜘蛛絲蛋白基因轉入其他生物體來表達絲蛋白，且加以提取利用。已有研究的表達系統包括植物、哺乳動物、昆蟲、酵母及大腸桿菌表達系統等，但所獲得的重組蜘蛛絲蛋白的分子量只有天然蜘蛛絲蛋白的一半左右，表達量偏低，難以大量獲取，此外，所產出的重組蜘蛛絲蛋白如何紡成有用的絲纖維，為一共通的重大難題，其成本高昂，純化和製絲工藝複雜。但利用轉基因家蠶吐出重組蜘蛛絲蛋白就可以成功克服這些困難。

家蠶竟能生產蜘蛛絲？這項技術開創了生物材料的新時代！

轉基因蠶是指利用分子生物學技術的方法，將外源基因轉移到家蠶基因組內，使之出現先前不具有的性狀和產物，在個體水平可以呈現外源基因之功能，使外源基因獲得大量表達，並且可以保持傳代。轉基因技術可以克服現有家蠶遺傳資源的侷限性，改進育種的方法，獲得繭絲品質優良或抗病性強的新品種，也可用於研究探討家蠶基因的表達、調控及功能。另外，透過轉基因技術，將編碼有用蛋白質的基因整合到家蠶的基因組中，也可使蠶生產出具某種特殊功能成分之藥用蛋白質、抗體或醫藥保健食品等。

近年來，日本、美國及中國大陸的學者已經成功利用基因編輯技術，將蜘蛛的某些基因片段成功轉入家蠶基因組，從而培育出一種可以生產蜘蛛絲的家蠶。研究顯示，此轉基因蠶所生產的絲蛋白為蠶絲和蜘蛛絲組成的混合物，蜘蛛絲的含量高達35.2%，隨著家蠶轉基因技術的進一步改良，此類生產蜘蛛絲的家蠶為利用家蠶大量生產新型纖維材料及其他高附加價值蛋白提供了新策略。