蜘蛛能够产生六种丝纤维和一种粘液物，其化学本质都是蛋白质。蜘蛛丝具有优良的材料学特性，在军工、航空航天以及生物医学工程等领域有着潜在应用价值。牵引丝作为蛛丝的一种，亦享有“生物钢”的美誉，受到更多研究者的关注。但由于蜘蛛吐丝量少、且是自相残食性动物，不能像家蚕可以通过大规模、密集饲养的方式来获取蛛丝蛋白。于是通过基因工程技术获取蛛丝蛋白以及制备仿生蜘蛛丝是科学家们研究的热点。　　 蜘蛛牵引丝由MaSp1和MaSp2两个亚基组成，MaSp1主要由poly-A和GGX模块组成，决定牵引丝的强度;而MaSp2含有丰富的GPGX模块，该模块形成Spiral结构，决定牵引丝的弹性。poly-A的长度，通常的poly-A为4-6个丙氨酸。MaSp1和MaSp2均具有典型的蛛丝蛋白组成结构，由N端非重复区（～130个氨基酸，NT）、C端非重复区（～110个氨基酸，CT）和中间重复区(Rep)构成。　　 为了获得大量材料学性能良好的牵引丝蛋白，进而进行仿生蛛丝纤维的研究。本课题开展了如下研究工作:　　 (1)NT、C1T、C2T、4Rep4段牵引丝蛋白cDNA的化学合成。　　 (2)NT、CT、4Rep拟牵引丝蛋白基因的无缝拼接。　　 (3)进行一系列条件的优化，以提高牵引丝蛋白的表达量。　　 (4)重复模块的数量对和重组牵引丝蛋白表达的影响。　　 (5)通过诱导表达的蛛丝蛋白，进一步分析NT和CT模块在蛛丝蛋白成丝过程中的作用。　　 针对以上几个方面的研究，都取得良好的结果:　　 (1)我们根据大肠杆菌密码子使用频率对GenBank收录的Eaustralis的(4Rep:AM490181;C1:AJ973155)Argiopetrifasciata的(N:DQ059136;C2:AF350267)牵引丝蛋白编码序列进行密码子优化，合成了E.australis拖丝蛋白4Rep和CT编码序列以及A.trifasciata拖丝蛋白NT和CT编码序列（目前没有关于E.australisNT的报道）。本研究选择的E.australis4Rep，polyA长度为12-16个，赋予蛛丝更好的材料学性能。　　 (2)NT、CT和4Rep由1型限制性内切酶BsaⅠ和BspMⅠ介导无缝拼接，成功构建NT4RepCT、NT4RepCT、NT8RepCT和NT12RepCT等蛛丝模块。　　 (3)主要进行了载体和培养温度的优化:从最初的PET-30LIC表达载体，更换为带有融合蛋白标签的PET-32c(+)表达载体;培养温度从37℃降至30℃。最后成功提高了4RepC2T的表达量(30mg/L)。另外还首次成功表达NT4RepC2T和NT8RepC2T蛋白模块，表达量分别为21和8.5mg/L。研究结果表明PET-32c(+)载体中的TRX、S-tag融合标签蛋白有利于外源蛛丝蛋白的表达。　　 (4)随着重复模块的不断增加，重组牵引丝蛋白表达量降低。此现象主要是由于重复模块编码基因中GC以及Ala、Gly的含量高，大肠杆菌的体内代谢压力过大，导致Ala-tRNA以及Gly-tRNA不足。　　 (5)NT4RepCT的可溶性较4RepC2T差，主要是因为NT模块具有感应pH的变化，加上NT模块后，该蛋白从单体形式逐渐转变为二聚体。当加入终浓度为5mmoL/L的二硫苏糖醇(DTT)后，二聚体全部消失，蛋白以单体的形式存在，表明Cys形成了链间的二硫键。MaSp的CT模块依靠Cys链间二硫键形成稳定的二聚体，能拉近其上游重复模块（富含Ala和Gly区域）并使其排列，在剪切力的作用下形成beta-sheet晶体区域，赋予丝纤维无可比拟的强度。　　 综上所述:本课题通过大肠杆菌融合表达重组牵引丝蛋白，经过一系列条件的优化，得到高表达量的牵引蛋白，同时也进一步验证了NT、CT模块在成丝机理中的作用。为表达Eaustralis高分子量MaSp重组蛋白提供了线索，也为后续仿生具有良好材料学性能的重组牵引丝纤维奠定了基础。