人工合成蚕丝蛋白 曾鑫16349086097 二,技术原理 飘逸润滑的桑蚕丝衣 服是许多人的最爱 但让人苦恼的是,桑 蚕丝很娇气,不耐 穿,打理起来也格外 麻烦。 2014年11月,我国 西南大学科学家培育 重组基因蚕宝宝首次 吐出了人工合成蚕丝 蛋白。一只家蚕约有16425个基因,西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验 室通过10来年研究,已完全掌握家蚕的基因序列,在这16425个基因中,其 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。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,没有Fib-H基因的家蚕丝腺,叫做“空丝 腺”。丝腺是家蚕用来制造蚕丝的器官。“丝腺存在于很多昆虫和绝大部分蜘 蛛体内,具有惊人的蛋白合成能力和储藏能力,其中又以家蚕的丝腺最为突 出。”接下来,研究人员将事先设计好、与Fib-H基因类似的人工丝蛋白基 SCIE REPORTS OPEN Genome editing of BmFib-H gene SUECTAREAS: provides an empty Bombyx mori sill ilk awsan gland for a highly efficient bioreactor INIOMCLOGY Soron Me".Run Shi, xoogang Wang Yuonn en liu, Jaseng Chona Je Goo, We Lu, Jiarduozharg. i Zhes& Cireryou Xia
人工合成蚕丝蛋白 曾鑫 16349086097 一．技术原理 飘逸润滑的桑蚕丝衣 服是许多人的最爱， 但让人苦恼的是，桑 蚕丝很娇气，不耐 穿，打理起来也格外 麻烦。 2014 年 11 月，我国 西南大学科学家培育 重组基因蚕宝宝首次 吐出了人工合成蚕丝 蛋白。一只家蚕约有 16425 个基因，西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验 室通过 10 来年研究，已完全掌握家蚕的基因序列，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。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，没有 Fib-H 基因的家蚕丝腺，叫做“空丝 腺”。丝腺是家蚕用来制造蚕丝的器官。“丝腺存在于很多昆虫和绝大部分蜘 蛛体内，具有惊人的蛋白合成能力和储藏能力，其中又以家蚕的丝腺最为突 出。” 接下来，研究人员将事先设计好、与 Fib-H 基因类似的人工丝蛋白基
因,在显微镜下注射到被敲除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。”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。进步邇过 绿色荧光蛋白融合表达,证实外源蛋白在“空丝腺”中的表达量可以达到50%,远远高 于目前转基因生物反应器能够达到的水平(家蚕中融合蛋白达到15%,培养细胞中Ig 抗体达到27g/,约2.7%)。更重要的是,Fib由于量多而且具有自组装的特性,对外 源蛋白的纯化造成了极大的影响,通过Fib基因的敲除,在提高外源蛋白表达量的同 时,也去除了这景响外源蛋白纯化的限制因素。 简单来说,研究者在家蚕的生殖细胞中“剪切”掉了其中的Fib-H基因,没有Fib-H基 因的家蚕丝腺,叫做“空丝腺”。研究人员将事先设计好、与FibH基因类似的人工丝 蛋白基因,显微注射到被敲除Fib基因的蚕卵中,人工丝蛋白基因转移成功的蚕卵发 育成“蚕宝宝”后,吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。通过对蚕丝纤维的人为改良和 重新设计,以后桑蚕丝可能会像棉质衣服一样,既保持桑蚕丝的舒适感,又像棉质衣服 样耐穿、好打理。 二,技术应用 家蚕丝蛋白是种具有良好透气与透湿性、无毒、无刺激、与人体相容性强的生物材 料。家蚕丝蛋白不仅可作为人造皮肤、血管、肌腱、韧带、骨骼和牙齿等人造组织材 料,以及作为手术缝合线、隐形眼镜、角膜、抗血凝剂、药物控释材料、功能性细胞培 养基质、固定化酶载体和生物传感器等生物医学材料还在环保新林料、化妆品、保健营 养食品等日化和环保领域被广泛使用。随着家蚕基因组研究工作的重大进展,以及基因 工程和生物技术的快速进步,家蚕丝蛋白的生物功能有望在军事、航天、医学、环保等 领域得到更深、更广~地开发和应用。经过基因改造的蚕丝,将更耐用更能为人类带来方 便。 现在得到的基因重组家蚕吐的蚕丝主要含有丝胶蛋白,是上佳的美容材料,以 后通过加入其他小分子的人工丝蛋白,面膜吸水性加强,更有利于皮肤吸收营 养。更为重要的是,这项技术 为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
因，在显微镜下注射到被敲除 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。” 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。进一步通过 绿色荧光蛋白融合表达，证实外源蛋白在“空丝腺”中的表达量可以达到50%，远远高 于目前转基因生物反应器能够达到的水平（家蚕中融合蛋白达到15%，培养细胞中IgG 抗体达到27g/L,约2.7%）。更重要的是，Fib-H 由于量多而且具有自组装的特性，对外 源蛋白的纯化造成了极大的影响，通过Fib-H 基因的敲除，在提高外源蛋白表达量的同 时，也去除了这一影响外源蛋白纯化的限制因素。 简单来说，研究者在家蚕的生殖细胞中“剪切”掉了其中的Fib-H 基因，没有 Fib-H 基 因的家蚕丝腺，叫做“空丝腺”。研究人员将事先设计好、与Fib-H基因类似的人工丝 蛋白基因，显微注射到被敲除Fib-H基因的蚕卵中，人工丝蛋白基因转移成功的蚕卵发 育成“蚕宝宝”后，吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。通过对蚕丝纤维的人为改良和 重新设计，以后桑蚕丝可能会像棉质衣服一样，既保持桑蚕丝的舒适感，又像棉质衣服 一样耐穿、好打理。 二．技术应用 家蚕丝蛋白是一种具有良好透气与透湿性、无毒、无刺激、与人体相容性强的生物材 料。家蚕丝蛋白不仅可作为人造皮肤、血管、肌腱、韧带、骨骼和牙齿等人造组织材 料，以及作为手术缝合线、隐形眼镜、角膜、抗血凝剂、药物控释材料、功能性细胞培 养基质、固定化酶载体和生物传感器等生物医学材料还在环保新材料、化妆品、保健营 养食品等日化和环保领域被广泛使用。随着家蚕基因组研究工作的重大进展，以及基因 工程和生物技术的快速进步，家蚕丝蛋白的生物功能有望在军事、航天、医学、环保等 领域得到更深、更广地开发和应用。经过基因改造的蚕丝，将更耐用更能为人类带来方 便。 现在得到的基因重组家蚕吐的蚕丝主要含有丝胶蛋白，是上佳的美容材料，以 后通过加入其他小分子的人工丝蛋白，面膜吸水性加强，更有利于皮肤吸收营 养。更为重要的是，这项技术 为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 三,技术优缺点 技术本身的缺点 ①速度慢,效率低。基因敲除需要一般的基因工程方法来进行转化和表达,周期较长, 在这个过程中载体是关键 ②对细胞感受态要求较高。基因敲除和普通基因工程相比,有一定的不同: 因为目的基因必须采用特殊载体装载,保证转化率很关键。对于这一点,现在可以采用 基因枪法或者电转化来解决。 ③基因廠除对于酵母、丝状真菌等真核微生物硏究较少,主要原因是对于般的转化方 法,对于真核生物转化不容易;而且在真核生物中,表达周期要更长,因此效率要更 低:真核生物基因调控的手段很复杂,即便是进行了敲除之后,由于某些原因,可能并 不表现一定的形状,导致敲除失败。 技术成果的优点相对于普通蚕丝非常有竞争力 做衣服更耐穿 比如说桑蚕丝面料的衣服,由于桑蚕丝爱泛黄、易皱,衣服款式、花色比较单 桑蚕丝让人有些爱不起来。通过对蚕丝纤维的人为改良和重新设计,以后 桑蚕丝可能会像棉质衣服一样,既保持桑蚕丝的舒适感,又像棉衣一样耐穿 好打理 做面膜更吸水 爱美女士们离不开的面膜,以后用起来吸水也可能更好。现在得到的基因重组 家蚕吐的蚕丝主要含有丝胶蛋白,是上佳的美容材料,以后通过加入其他小分 子的人工丝蛋白,面膜吸水性加强,更有利于皮肤吸收营养
照实际需要吐出其他蛋白，应用于生物工程中 三．技术优缺点 技术本身的缺点 ①速度慢，效率低。基因敲除需要一般的基因工程方法来进行转化和表达，周期较长， 在这个过程中载体是关键； ②对细胞感受态要求较高。基因敲除和普通基因工程相比，有一定的不同： 因为目的基因必须采用特殊载体装载，保证转化率很关键。对于这一点，现在可以采用 基因枪法或者电转化来解决。 ③基因敲除对于酵母、丝状真菌等真核微生物研究较少，主要原因是对于一般的转化方 法，对于真核生物转化不容易 ；而且在真核生物中，表达周期要更长，因此效率要更 低；真核生物基因调控的手段很复杂，即便是进行了敲除之后，由于某些原因，可能并 不表现一定的形状，导致敲除失败。 技术成果的优点相对于普通蚕丝非常有竞争力 做衣服更耐穿 比如说桑蚕丝面料的衣服，由于桑蚕丝爱泛黄、易皱，衣服款式、花色比较单 一，桑蚕丝让人有些爱不起来。通过对蚕丝纤维的人为改良和重新设计，以后 桑蚕丝可能会像棉质衣服一样，既保持桑蚕丝的舒适感，又像棉衣一样耐穿、 好打理 做面膜更吸水 爱美女士们离不开的面膜，以后用起来吸水也可能更好。现在得到的基因重组 家蚕吐的蚕丝主要含有丝胶蛋白，是上佳的美容材料，以后通过加入其他小分 子的人工丝蛋白，面膜吸水性加强，更有利于皮肤吸收营养