论文部分内容阅读
带着羊皮的帽子,穿着紫貂的皮草,夹着鳄鱼皮的包,穿着小牛皮的鞋,20年前最阔绰的穿着方式也就是如此。近些年,随着人们动物保护意识的提升,逐渐减少了对野生动物的伤害。
如今,利用合成生物学技术,只需要细胞就可以做出牛皮等材料,相比一头牛只能产出有限的牛皮来说,细胞更可持续,在合适培养条件下能够产出更多材料。其中,蛛丝蛋白是一种研究相对成熟的技术。
在纺织市场,Bolt Threads公司(以下简称“Bolt”)是成功将蛛丝蛋白商业化的一个案例。
Bolt的联合创始人丹· 怀特梅尔和大卫· 布里斯托都毕业于加利福尼亚大学,Dan是化学和化学生物学博士,David是生物工程学博士,两人在博士期间便开始合成生物学和生物材料的研发, 有丰富的研发经验,2010年毕业后共同创立了Bolt。
截至目前,Bolt融资总金额约为2.15亿美元,拥有专利82项,涉及有机化学、合成生物学、人造丝等领域。
可降解的蛛丝蛋白
蛛丝蛋白强度高、韧性大、具有独特的三维空间网状结构,在酸性条件或者紫外线照射情况下会发生降解,是一种生物降解环保材料。
虽然叫做蛛丝蛋白,但制造过程中并没有一只蜘蛛因此受到伤害,准确的说应该是重组蛛丝蛋白,即使用基因工程技术和蛋白质工程技术,通过工程细菌或者酵母生产蛛丝蛋白。
Bolt采用的是含有生产蛛丝蛋白基因线路的酵母细胞,利用糖和水发酵,大量生产蛋白质,然后再分离和纯化蛛丝蛋白,去除酵母细胞。最后将蛋白纺织成纤维,用来制作服装,类似于人造丝和腈纶。Dan曾表示,酵母细胞可以自我复制,并且只需要糖,成本大约每磅10美分。
Bolt表示,纺织行业是环境污染的重灾区,目前,超过60%的纺织品是由聚酯和其他不可再生的石油衍生纤维制成,Bolt的蛛丝蛋白技术提供了可再生、可循环的生产方式。
2017年3月,Bolt推出了首款商用蛛丝蛋白产品,定价314美元的50条限量版领带在几分钟内全部售罄;2019年7月,美国潮牌StellaM c C a r t n e y和一家知名运动品牌联合推出了Biofabric网球连衣裙,采用Bolt的蛛丝蛋白和纤维素混纺纤维制成,可完全生物降解。
已被用于美容、护理行业
在Bolt,蛛丝蛋白还被用在美容和个人护理行业。尽管听起来着实有些猎奇,但其实它与用于纺织的蛛丝蛋白制作工艺相同,都是利用酵母细胞发酵的方法获得蛛丝蛋白,Bolt将蛛丝蛋白制成粉末,稳定地融入个人护理配方中,包括洗发水、清洁剂、乳液、面膜等。
Bolt的蛛丝蛋白可以作为化妆品中角蛋白和合成聚合物的替代品,减少了动物来源和石油来源的原料使用。而且Bolt 还表示,临床实验证明,蛛丝蛋白可以保护皮肤和头发,免受环境中污染和蓝光造成的损伤,还可以增加皮肤的紧致度和弹性,减少细纹和皱纹的出现,并改善整体皮肤的外观,与相关公司的合作产品也已经在2020年底推出。
其实,蛛丝蛋白的应用不只在于上述两方面,在医药、高分子材料、防护材料等方面都有应用,以医药领域为例,蛛丝蛋白可用于制备支架等具有生物相容性的材料,其機械性能远超大部分现有的合成和聚合材料;在药物递送方面,蛛丝蛋白可作为一种基于蛋白质的生物聚合物,用于水凝胶、纳米颗粒等递送系统。
Bolt 表示,几十年来,基因工程技术已经安全地发酵生产出许多重组产品、例如胰岛素和疫苗等,蛛丝蛋白也是如此,它的原料是糖,而糖主要来自美国的粮食作物玉米。
不过在当前粮食危机的大背景下,从粮食中发酵生产蛛丝蛋白或其它生物产品,似乎也不是最佳选择,粮食的主要用途还是要解决人们的温饱问题。好在合成生物学的应用更为广泛,已经有研究实现了利用植物或者工程微生物,将空气中的二氧化碳转化为糖类等碳源,可作为生物发酵的原材料。
此外,Bolt 还有菌丝体的技术,菌丝体细胞在培养条件下可以生成相互连接的3D网络,这一材料主要用于制造仿真皮革。
大卫表示:从生物进化以及生物在地球上的存活方式中获得启发,我认为生物是解决可持续性发展问题的最佳技术。为了在地球上再呆上1000年或10000年,Bolt回顾40亿年前大自然的原始设计,寻找新的灵感。
或许20年后, 我们依然可以使用各种“聚合物”和“皮革”,与现在的区别是,不再需要开采石油,不再需要野生动物,更加环保和可持续。