蜘蛛丝以其强度、柔韧性和与人体组织的相容性而闻名，对生物医学研究人员来说是一种诱人的材料。然而，尽管这种珍贵的丝绸具有惊人的性能，但获得可靠且成本效益高的来源仍然是其广泛使用的障碍。

蛛形纲动物强烈的领土意识和同类相食的天性使得耕种成为不可能。虽然合成生物学已经利用大肠杆菌或酵母细胞等细菌生产出了高质量的蛛丝，但蜘蛛丝的生产仍然受到可扩展性问题的困扰。

为了解决这一问题，来自日本的一组科学家已经开发出可以生产蜘蛛丝的烟草植物细胞，但直到他们研究了一段当时不知道功能的丝蛋白，他们才发现了一种提高丝蛋白生产质量和产量的方法。

蜘蛛容易，科学家难

在自然界中，蜘蛛毫不费力地在专门的腺体中产生和加工蛛丝蛋白。这些器官提供了精确的化学环境，使动物能够将蜘蛛编织成多用途的丝。

事实证明，在实验室里用细菌或酵母产生的蛋白质人工编织线是非常困难的。利用植物细胞制造蜘蛛被视为一种潜在的解决方案，因为植物细胞可以更可靠地产生更大的丝蛋白，而细菌和酵母在不引入蛋白质序列错误的情况下很难做到这一点。

其中一种被称为MaSp2的蛋白质对蜘蛛丝的独特特性至关重要，它更容易自我组装，这意味着它会自然形成纳米级纤维，然后可以人工纺在一起。然而，植物面临的挑战是产生足够的蛋白质，使其具有商业可行性。

把蜘蛛弄出牢房

日本京都大学的研究人员Keiji Numata和他的合作者一起开发了产生MaSp2的转基因烟草植物细胞。在发表在《高级生物学》杂志上的论文中，作者描述了他们的新系统，他们认为使用植物的优势之一是能够定制细胞生产的位置。这进一步使研究小组能够设计出植物细胞分泌到细胞培养物中的丝蛋白。

进入细胞外的蛋白质使进一步的处理更容易和更有效。然而，最初的实验结果好坏参半，因为由细胞产生的蜘蛛蜘蛛的产量令人印象深刻，但只有大约10%到15%的蜘蛛蜘蛛逃逸到培养物中。

在研究这个问题的过程中，他们发现了蛋白质的一个叫做c端结构域的部分，这个部分的功能以前是未知的，它参与了蛋白质的组装和分泌。

作者写道:“我们进一步的研究揭示了一个有趣的事实，即MaSp2的c端结构域不仅调节分子间相互作用以形成同型二聚体，而且还严格控制其在细胞质中的蛋白质质量以及通过植物分泌途径分泌重组MaSp2蛋白。”他们决定试着去除这部分蛋白质，然后再试一次实验。

减法改进

现在表达缩短的MaSp2蛋白的植物细胞在培养液中分泌了更多的蛋白质，每7天从每升0.9毫克增加到每升2.8毫克。

根据这篇论文，“这些发现表明，利用植物细胞在细胞外生产重组生物聚合物(如蜘蛛丝蛛丝)方面取得了重大进展。”

该团队认为，这是关于植物细胞培养系统有用性的一个有价值的概念证明，并且可以实现更多的优势。

努玛塔说:“如果我们能用二氧化碳培养植物细胞，那么植物细胞的生产可能会非常有趣。”目前，这些细胞仍然需要研究人员提供的营养，但研究小组希望有一天能够利用二氧化碳作为唯一的能量来源来生产蚕丝。