近年來,人們對源自生物體的生物材料的期望越來越高,這些材料有助於社會的可持續發展。尤其是人工合成的蜘蛛絲,既具有超過鋼鐵的強度,又具有與尼龍相當的拉伸性,備受關注。
在這種情況下,慶應義塾大學、理化學研究所、京都大學、Spiber株式會社綜合分析了四種蜘蛛亞科蜘蛛絲的構成蛋白,發現蜘蛛絲比以前想像的更多,揭示了它是一種複雜的複合材料。通過將蜘蛛絲中新發現的蛋白質混合到人造蜘蛛絲材料中,我們成功地顯著改善了蜘蛛絲材料的物理性能。
本次研究中研究的四種新冠蜘蛛的近緣種(新冠新婦、美洲新冠、馬達加斯加新冠)使用拖絲(蜘蛛用來懸掛和移動的絲),這種絲在蜘蛛中特別強大,處於紡紗的中間。確定了這些基因組後,通過多組學分析發現,不僅有已知構成蜘蛛絲的絲蛋白“MaSp4”和“MaSp1”,還發現“MaSp2B”是新鑑定的。被確定為主要成分。除了絲蛋白之外,還發現了幾種功能未知的蛋白質,其中一種名為“SpiCE(蜘蛛絲構成元素)”的蛋白質在合成拖絲的蜘蛛腹部中表現出極高的基因表達。
研究小組還通過實驗證明,將這些新型蛋白質添加到人造蜘蛛絲材料中有助於物理性能的改善。令人驚訝的是,僅添加按重量計1%的SpiCE即可使強度(拉伸強度)增加2倍以上,伸長率(伸長率)增加1.5倍以上。
這一結果闡明了人工蜘蛛絲高性能表達的部分機制,有望對推動未來人工蛋白材料的發展做出巨大貢獻。