丝含万载情,人间绣彩屏 —转基因技术在蚕丝中的应用 卢皓川 13307130258 蚕丝,自古以来就是制衣材料中重要的成员之一。用它做成的衣服,手感柔 顺丝滑,穿在身上轻盈透气,深受人们喜爱。著名的丝绸之路,就是丝绸业在我 国鼎盛繁荣的象征。而如今,随着生活条件的日益提高,我们对蚕丝本身也有了 更高的追求。我们希望它可以自带丰富的色彩,希望它在生产的同时就具备一些 特有的属性。而这些理想,随着如今基因工程技术的发展,也渐渐的变为了现实。 技术介绍 在西南大学和重庆市纤维检验所的合作下,由转基因绿色蚕丝纺织出的转基 因丝绸纺织成功 国计胆:日(非日日丰非11标1日1:1计 家蚕基因组框架图 家蚕基因芯片
丝含万载情，人间绣彩屏 ——转基因技术在蚕丝中的应用 卢皓川 13307130258 蚕丝，自古以来就是制衣材料中重要的成员之一。用它做成的衣服，手感柔 顺丝滑，穿在身上轻盈透气，深受人们喜爱。著名的丝绸之路，就是丝绸业在我 国鼎盛繁荣的象征。而如今，随着生活条件的日益提高，我们对蚕丝本身也有了 更高的追求。我们希望它可以自带丰富的色彩，希望它在生产的同时就具备一些 特有的属性。而这些理想，随着如今基因工程技术的发展，也渐渐的变为了现实。 技术介绍 在西南大学和重庆市纤维检验所的合作下，由转基因绿色蚕丝纺织出的转基 因丝绸纺织成功
家蚕基因组框架图 一只家蚕约有16425个基因,如今,科学研究人员已经已完全掌握家蚕的 基因序列。要通过转基因技术来实现改良丝线的方法,简单来说,是出于在这 16425个基因中其中一个基因叫做Fb-H基因,它是丝蛋白的最主要成分,是 几千年以来人类驯化和利用家蚕的主要靶标。我们利用锌指核酸酶技术,研究者 在家蚕的生殖细胞中“剪切”掉了其中的Fib-H基因,这些没有Fib-H基因的 家蚕丝腺,叫做“空丝腺”。 在中 周南 带有绿色荧光蛋白的丝腺 接下来,研究人员设计与Fib-H基因类似的人工丝蛋白基因。以绿色荧光为 例,设计时以家蚕丝素轻链基因(fib-L)终止密码子TAA上游1.2kb(fb-LL)和 下游0.5kb(fib-LR)片段作为基因打靶载体的左右同源臂,将绿色荧光蛋白基因 (gfp)插入到两同源臂的中间,并使其与fib-L基因处于同一读码框,构建基因打靶 载体pSK-FibL-L-GFP-FibL-R。在显微镜下将这样的蛋白注射到被敲除Fib-H 基因的蚕卵体内。这些人工合成蛋白就像是机器人,它们会在蚕卵体内自动找到 该去的位置,按照设计,对蚕卵的基因进行改造
家蚕基因组框架图 一只家蚕约有 16425 个基因，如今，科学研究人员已经已完全掌握家蚕的 基因序列。要通过转基因技术来实现改良丝线的方法，简单来说，是出于在这 16425 个基因中其中一个基因叫做 Fib-H 基因，它是丝蛋白的最主要成分，是 几千年以来人类驯化和利用家蚕的主要靶标。我们利用锌指核酸酶技术，研究者 在家蚕的生殖细胞中“剪切”掉了其中的 Fib-H 基因，这些没有 Fib-H 基因的 家蚕丝腺，叫做“空丝腺”。 带有绿色荧光蛋白的丝腺 接下来，研究人员设计与 Fib-H 基因类似的人工丝蛋白基因。以绿色荧光为 例，设计时以家蚕丝素轻链基因(fib-L)终止密码子 TAA 上游 1.2 kb(fib-LL)和 下游 0.5 kb(fib-LR)片段作为基因打靶载体的左右同源臂,将绿色荧光蛋白基因 (gfp)插入到两同源臂的中间,并使其与fib-L基因处于同一读码框,构建基因打靶 载体 pSK-FibL-L-GFP-FibL-R。在显微镜下将这样的蛋白注射到被敲除 Fib-H 基因的蚕卵体内。这些人工合成蛋白就像是机器人，它们会在蚕卵体内自动找到 该去的位置，按照设计，对蚕卵的基因进行改造
吐蜘蛛丝的家蚕 被注入人工合成蛋白后,蚕卵的部分基因发生改变。基因编辑成功的蚕卵, 当它们长大后,吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。在这样的蛋白中,按照设计 的不同,不单单可以呈现颜色,更可以实现各种不同的功能。我们可以以类似的 方法,将蜘蛛丝蛋白或是羊毛蛋白以绿色荧光蛋白基因为报告基因导入蚕卵,就 可以得到具有更好的物理机械韧性的丝线。 技术应用 绿色荧光蚕丝服 2008年,我国成功开发出中国第一个转基因新型有色茧实用蚕种,缫出首
吐蜘蛛丝的家蚕 被注入人工合成蛋白后，蚕卵的部分基因发生改变。基因编辑成功的蚕卵， 当它们长大后，吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。在这样的蛋白中，按照设计 的不同，不单单可以呈现颜色，更可以实现各种不同的功能。我们可以以类似的 方法，将蜘蛛丝蛋白或是羊毛蛋白以绿色荧光蛋白基因为报告基因导入蚕卵，就 可以得到具有更好的物理机械韧性的丝线。 技术应用 绿色荧光蚕丝服 2008 年，我国成功开发出中国第一个转基因新型有色茧实用蚕种，缫出首
例转基因绿色蚕丝。据介绍,其研发的桑蚕新品种能结出色彩稳定的绿色茧,用 这种茧缫出的生丝在自然光线下呈现美丽的绿色,在紫外光下还能发出绚丽的绿 色荧光。 我国高等研究机构已培育出多种彩色桑蚕丝品种,2009年前主推了黄色品 种,2009年以来已生产推出了黄、绿、红等颜色,来自丝绸之乡的苏州大学正 与企业联合推进彩色桑蚕丝及其应用的产业化 极具韧性的蚕丝 而在美国,目前科学家通过转基因桑蚕能够培育出人造蜘蛛丝,未来它将希 望用于制造更结实的纤维,用于制造烧伤患者使用的纺织品和绷带,以及防弹衣 转基因桑蚕能够吐出包含蜘蛛丝蛋白质的结实纤维,更具弹性和延伸性,非常适 合于医疗应用,甚至防护伤害 技术优缺点 优点:这种转基因手段大大增加了天然蚕丝功能的可扩展性,其产物比天然 蚕丝有更多优良的属性,能使做出来的衣物色泽更艳丽,质感更加柔和,坚韧性 更好,功能性更强等等 此外,这项技术不仅仅用于穿衣方面,更是大规模获取生物蛋白提供可能
例转基因绿色蚕丝。据介绍，其研发的桑蚕新品种能结出色彩稳定的绿色茧，用 这种茧缫出的生丝在自然光线下呈现美丽的绿色,在紫外光下还能发出绚丽的绿 色荧光。 我国高等研究机构已培育出多种彩色桑蚕丝品种，2009 年前主推了黄色品 种，2009 年以来已生产推出了黄、绿、红等颜色，来自丝绸之乡的苏州大学正 与企业联合推进彩色桑蚕丝及其应用的产业化。 极具韧性的蚕丝 而在美国，目前科学家通过转基因桑蚕能够培育出人造蜘蛛丝，未来它将希 望用于制造更结实的纤维，用于制造烧伤患者使用的纺织品和绷带，以及防弹衣。 转基因桑蚕能够吐出包含蜘蛛丝蛋白质的结实纤维，更具弹性和延伸性，非常适 合于医疗应用，甚至防护伤害。 技术优缺点 优点：这种转基因手段大大增加了天然蚕丝功能的可扩展性，其产物比天然 蚕丝有更多优良的属性，能使做出来的衣物色泽更艳丽，质感更加柔和，坚韧性 更好，功能性更强等等。 此外，这项技术不仅仅用于穿衣方面，更是大规模获取生物蛋白提供可能
随着医学的发达,临床上对生物蛋白的需求越来越大,疫苗、激素、人工骨架等 药物和生物材料都离不开生物蛋白。而家蚕、蜘蛛的丝腺具有惊人的合成和储存 蛋白能力,通过家蚕基因组编辑,可以让蚕宝宝不再光吐蚕丝,而是按照实际需 要吐出其他蛋白,应用于生物工程中 缺点:该项技术还不够成熟,无法大范围进行生产,而且穿衣对皮肤直接有 接触,对这项技术是否有这方面的副作用还尚未研究。等到起真正“飞入寻常百 姓家”,还需有一段时日。 有诗云:“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干。”蚕吃的是叶,却倾尽一生吐 出无数的绫罗绸缎。如今,当蚕丝的意义不仅仅是丝那么简单时,蚕们却依然 如既往的孜孜不倦。正如千千万万科研人员的辛勤工作,他们的心血与蚕丝融为 一体,为我们编织出了一幅更美的未来图景,也让我们为此肃然起敬。 后记
随着医学的发达，临床上对生物蛋白的需求越来越大，疫苗、激素、人工骨架等 药物和生物材料都离不开生物蛋白。而家蚕、蜘蛛的丝腺具有惊人的合成和储存 蛋白能力，通过家蚕基因组编辑，可以让蚕宝宝不再光吐蚕丝，而是按照实际需 要吐出其他蛋白，应用于生物工程中。 缺点：该项技术还不够成熟，无法大范围进行生产，而且穿衣对皮肤直接有 接触，对这项技术是否有这方面的副作用还尚未研究。等到起真正“飞入寻常百 姓家”，还需有一段时日。 有诗云：“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。”蚕吃的是叶，却倾尽一生吐 出无数的绫罗绸缎。如今，当蚕丝的意义不仅仅是丝那么简单时，蚕们却依然一 如既往的孜孜不倦。正如千千万万科研人员的辛勤工作，他们的心血与蚕丝融为 一体，为我们编织出了一幅更美的未来图景，也让我们为此肃然起敬。 ——后记