细菌可能很快就会进军新型制造业。研究人员开发了一种技术，利用常见细菌大肠杆菌合成生产一种名为肌联蛋白的肌肉蛋白，这种蛋白有朝一日可以构建坚韧而柔韧的纤维。用途可能包括医用缝合线、抗冲击或可生物降解的织物。研究人员表示，肌联蛋白比实验室中生产的大多数分子大几十倍。
由于大肠杆菌易于控制且复制迅速，科学家们利用它来生产多种物质，包括生物柴油和药品。然而，直到最近，合成更大的蛋白质，如肌联蛋白——大约是大肠杆菌天然产生的蛋白质大小的 50 倍——仍然遥不可及。
在一项新的研究中，详细信息发表在《自然通讯》上，研究人员通过引入一种称为质粒的环状工程 DNA 指令链，促使大肠杆菌制造肌联蛋白。但研究合著者、圣路易斯华盛顿大学生物化学家卡梅伦·萨金特说，构建如此大的蛋白质会耗尽细胞资源。如果质粒指示大肠杆菌一次构建整个蛋白质，细菌将通过去除或截断质粒来避免生产负担。因此，该团队转而设计了一种质粒，使大肠杆菌构建较短的蛋白质片段，这些片段的结构使其在细菌内部自发连接在一起。
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一旦科学家从细菌中提取出肌联蛋白，他们就将蛋白质以高浓度溶解在有机溶剂中。接下来，他们将溶液通过注射器喷射到水浴中，让蛋白质沿着正在纺出的纤维组装——这种挤出工艺的灵感来自蜘蛛如何构建蛛丝牵引线。经测量，工程纤维的强度和韧性超过了肌肉纤维中天然肌联蛋白的强度和韧性。
萨金特将肌联蛋白分子的大小和在纤维中的排列比作一锅凝固的意大利面。“与短意大利面相比，拉开长意大利面要困难得多，因为意大利面越长，每根面条之间的相互作用就越多，”萨金特说。研究人员发现，这些相互作用对压力的反应方式是肌联蛋白韧性的关键：当纤维被拉伸时，分子内部的键首先断裂，在股线之间的键最终断裂之前吸收了大部分施加力的能量。
仁荷大学化学工程师杨允贞（未参与这项研究）表示，她发现“研究人员能够在工程蛋白质中复制天然肌联蛋白的实际机械性能，这非常了不起。”
研究人员现在可以将这种制造技术应用于其他大型蛋白质，从而可以探索其他候选生物材料的实际用途，例如跳蚤跳跃的弹性聚合物弹性蛋白，或鲍鱼壳内衬的坚韧珍珠母。