作者:圣路易斯华盛顿大学的布兰迪·杰斐逊
路易斯（号外乐团成员） 用于拉伸强度测量的贻贝足蛋白水凝胶装置
测量结果(用白色标记)显示水凝胶处于其原始规格长度
在测试过程中，水凝胶拉伸到其原始规格长度的大约三倍
信用:张付中 几种海洋生物，如贻贝，分泌粘性蛋白质，使它们能够粘附在海水下的不同表面
这种吸引人的水下粘附特性激发了数十年的研究，以创造用于水下修复或生物组织修复的仿生胶水
然而，现有的胶水通常不具有所需的粘合力，难以在水下使用，或者对于医疗应用来说不具有生物相容性
现在，合成生物学有了一个解决方案
圣路易斯华盛顿大学麦克勒维工程学院的研究人员
路易斯开发了一种方法，利用工程微生物生产生物相容性粘性水凝胶的必要成分，这种水凝胶像蜘蛛丝一样结实，像贻贝脚蛋白(Mfp)一样有粘性，这意味着它可以粘附在水下的无数表面
这项由能源、环境和化学工程教授张付中领导的研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上
乔治梅森大学的助理教授尤金·金(Eugene Kim)说:“一段时间以来，研究人员一直在尝试开发能够在水下工作的粘合剂，甚至在潮湿的时候也能工作。”
Kim是这篇论文的第一作者，在张的华盛顿大学实验室做博士生时参与了这个项目
研究团队还包括能源、环境和化学工程教授杨新俊，以及机械工程教授哈罗德和凯瑟琳·福伊特
Kim说:“在之前的一项概念验证研究中，我们改造了微生物来生产贻贝足蛋白(Mfp)及其寡聚体变体。”
这些变体是由Mfp的重复链组成的分子，其性质根据重复的数量而变化
“我们想知道合成生物学是否有助于水下粘合，这对合成材料来说是一项具有挑战性的任务
" 2018年，张的实验室表明，由工程菌制造的Mfp具有与天然Mfp相似的水下粘合特性——它们可以制造更具粘性的Mfp低聚物
尽管微生物Mfp非常粘，但它们很难在水下处理，因为蛋白质分子一旦加入水中就会迅速扩散
“在水下时，我们必须确保粘合剂Mfp在修复过程中能够保留在表面上，”金说
防止扩散的一种常见解决方案是将粘合剂Mfp蛋白配制成水凝胶
水凝胶必须是强的，或者理想地，比粘合力更强
然而，制造一种既坚固又有粘性的材料是极具挑战性的，因为这两种性能之间通常存在权衡，金说
“许多受Mfp启发的粘合剂都很弱
当你用它们在水下粘附两个表面时，胶水会粘在两个表面的每一个上，但会分开，类似于分开一块奥利奥饼干，两边都留有奶油
" 蜘蛛丝就是从那里进来的
多年来，张的实验室也一直在使用合成生物学来设计和生产蛛丝蛋白
今年早些时候，他们生产了一种比钢铁更强、比凯夫拉尔更坚韧的丝淀粉混合蛋白
这种丝淀粉混合物的高强度——保持了材料的完整——正是它们的粘合剂所需要的
该团队将丝淀粉样蛋白与Mfp整合，并使用合成生物学方法合成了一种三杂交蛋白，该蛋白兼具Mfp的强粘附性和蜘蛛丝的高强度
使用三杂交蛋白，他们制备了粘性水凝胶
“我们开发了一个设计原则，允许我们控制水凝胶的内聚力和粘附力，”张说
“这种凝胶比水稍浓，所以你可以很容易地在水下使用，把它放在两个表面上或之间
" 因为蛋白质基粘合剂可以是生物相容的和可生物降解的，实验室对其在组织修复中的潜在应用特别兴奋
他们在论文中写道，这种蛋白质对于腱-骨修复特别有吸引力，目前基于缝合的策略导致腱-骨修复失败率很高
“蜘蛛、细菌、黏糊糊的海洋生物和肩袖撕裂几乎没有共同之处，”Jun指出
“令人着迷的是，张实验室能够将前三种材料中最好的部分结合起来，制造出具有分子级晶体结构的新型弹性材料，这种材料可以用作更强、更柔韧的粘合剂
当我们可以用它来治疗肩伤时，它会更酷
" 通过控制细菌来修饰蛋白质的每个基序，包括来自蜘蛛丝和贻贝足蛋白质的部分，它们可以控制水凝胶的粘附力和强度，使其符合腱-骨修复和其他组织修复需求的特定要求
Genin将这项研究置于人类与细菌长期复杂关系的背景下
“我们有了细菌来帮助伤口愈合——这是有史以来第一次，”格宁说
“细菌导致我们的祖先切断了他们的四肢，现在，我们第一次能够劫持细菌来制造一种任何其他方式都无法达到的材料，生物医学应用包括肩袖手术，实际上使四肢再次工作
“这太酷了
"
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