蠶桑科技丨家蠶多尺度可控自組裝紡絲機(jī)制揭示
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
時(shí)間：2024-01-15 10:35:16
記者14日從西南大學(xué)獲悉，該校前沿交叉學(xué)科研究院生物學(xué)研究中心夏慶友/何華偉教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所朱平研究員團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)8年攻關(guān)，揭示了家蠶多尺度、可控自組裝紡絲的機(jī)制。該研究論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)通報(bào)》上。
家蠶如何紡制出性能優(yōu)異的蠶絲，即家蠶的紡絲機(jī)制問(wèn)題，是蠶業(yè)科學(xué)百余年來(lái)最受關(guān)注的問(wèn)題之一。目前，科學(xué)家提出了“液晶”和“膠束”兩種主要的紡絲模型。前者認(rèn)為紡絲液是由球狀絲素蛋白聚集形成的類(lèi)棒狀結(jié)構(gòu)組成的液晶，后者認(rèn)為紡絲液是由兩親性的絲素蛋白聚集而形成的膠束。由于缺乏家蠶絲腺腔中天然絲素蛋白（NSF）的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這兩種模型目前仍然面臨較大的爭(zhēng)議。
在家蠶絲腺腔中，NSF在15%—30%的濃度下仍然保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而不發(fā)生聚集沉淀。然而，一旦脫離體內(nèi)環(huán)境，NSF很快會(huì)聚集形成沉淀。因此，絕大多數(shù)的研究都使用再生絲素蛋白而不是NSF。穩(wěn)定NSF的結(jié)構(gòu)，是破譯家蠶紡絲機(jī)制所要面對(duì)的首要挑戰(zhàn)。
研究人員4年內(nèi)解剖了超過(guò)20000頭家蠶，篩查了1000余種化合物和5000多種化合物組合，發(fā)現(xiàn)只有兩種化合物可以在溶液中保持NSF的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，他們對(duì)家蠶絲腺腔中NSF的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和組裝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)金屬離子可逆地誘導(dǎo)NSF形成柔性納米纖維；同時(shí)建立了利用金屬投影原位分析NSF組裝的方法，發(fā)現(xiàn)在前部絲腺靠近吐絲器處，NSF納米纖維平行于紡絲管腔排列，形成了高度有序排列的“魚(yú)骨狀”高級(jí)結(jié)構(gòu)，為家蠶紡絲做好了充分的準(zhǔn)備。
該研究不僅創(chuàng)建了蠶絲蛋白精細(xì)結(jié)構(gòu)和自組裝的新型研究系統(tǒng)和研究范式，還為昆蟲(chóng)紡絲機(jī)制研究和高性能人工纖維的仿生設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解和指導(dǎo)。
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