蚕宝宝吐出玫瑰色丝,家蚕变身“超级工厂”

 人参与 | 时间:2024-04-17 10:00:07

科技日报记者  张晔

蚕宝宝吐出玫瑰色的超级工厂丝,织出色彩艳丽的蚕宝出玫蚕变茧,用水泡一泡就能得到一种水溶性植物色素-甜菜红素。宝吐甜菜红素不仅可以当作食品添加剂用于染色,瑰色还有可观的丝家身医学、药用价值。超级工厂

记者9月1日从江苏科技大学获悉,蚕宝出玫蚕变该校生物技术学院/农业农村部蚕桑遗传改良重点实验室谭安江团队,宝吐在昆虫(家蚕)体内构建天然生物反应器,瑰色首次实现了合成植物化合物——甜菜红素。丝家身

8月8日,超级工厂 PNAS(美国国家科学院院刊)在线发表了这项研究的蚕宝出玫蚕变论文,并在“本期要览”作重点推荐。宝吐论文第一作者、瑰色江苏科技大学陈凯博士告诉记者,丝家身该研究的意义在于首次把植物体内的合成路径搬到动物体内,利用家蚕作为生物反应器,开展跨物种的天然化合物制备。

导入三基因 家蚕吐红丝

天然植物色素具有重要的经济和药用价值,其复杂的生物合成途径也一直是被关注的重要科学问题。

甜菜素因最早发现于甜菜根中而得名,包括甜菜红素和甜菜黄素两种形式。甜菜红素是优质健康的食品添加剂,可用于食品染色。除了食用功能,它还具有抗氧化、降血脂、抗炎症和抗糖尿病等多种医学和药物价值。

另外,由于呈现肉眼可见的亮红色,甜菜红素可作为良好的遗传分子标记,并已经在拟南芥、烟草和水稻等模式植物中得到了应用。

过去,甜菜红素都是从植物中生成提取,利用动物合成甜菜红素尚无先例。

陈凯告诉记者,在植物体内,甜菜红素以酪氨酸为底物,经过3个酶促反应和若干自发反应合成。他们要做的就是把这种合成路径搬到家蚕体内。

研究人员通过遗传转化,向家蚕内导入植物体内3个酶促反应所需的3种基因。此时,家蚕已经成为天然的生物反应器,不需要外界干预就能在体内自主合成甜菜红素。

在这个没有工人的“超级工厂”中,甜菜红素主要在家蚕幼虫丝腺中合成并积累,并随着吐丝过程分泌到蚕茧中。

“在我们的研究中,色素的回收非常简单,只要将蚕茧在水里泡一下就可以了,而且对丝质没有任何影响。”陈凯说道。

家蚕生物反应器优势多

此前,天然蚕丝颜色除了常见的白色之外,还有绿色、黄色、粉红色等,但作用仅限于为丝绸增色。这次江苏科技大学研究能吐玫瑰色丝的家蚕,为今后利用家蚕生物反应器开展天然化合物的规模化制备开辟了新的途径。

目前,甜菜红素的工业生产主要以红甜菜为原料进行提取纯化,但是传统提取技术的提取率极不稳定,且提取出来的色素纯度低。研究人员尝试采用新型技术如超声波、微波等辅助技术,结合大孔树脂吸附、膜分离等纯化手段来进行技术升级,但过程仍然比较繁琐。

“我们在蚕茧中回收的甜菜红素,含量达到14.4微克/毫克。”陈凯表示,相比起从植物中合成提取甜菜红素,家蚕的优势非常明显,一是提取率比较稳定,大约为1.4%,有较好的商业化潜力;二是只需室温水泡就能回收,步骤简单,且无杂质残留。

陈凯说,这项研究不仅破解了甜菜红素的提取难题,而且为蚕业生产带来更大的经济效益。甜菜红素的回收对蚕茧的丝质没有任何影响,蚕农还能额外获得另外一种有价值的副产品。

近年来,得益于技术突破、政策支持等,被誉为第三次生物技术革命的合成生物学取得突破性发展,技术广泛运用在医疗健康、绿色能源、日化美妆、生物基材料、食品消费等领域。麦肯锡数据显示,预计到2025年,合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元,未来全球60%的物质生产可通过生物制造方式实现。

陈凯透露,团队目前还在进行改良家蚕丝腺生物反应器的其他尝试,比如进一步提高外源蛋白的产量,尝试表达其他的天然产物等。

(受访者供图)

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