材料的基因

制造人工的丝状聚合物的一种办法是，使用生物技术将产丝的基因植入细菌体内。和其他蛋白质一样，蛛丝也是由DNA进行基因编码的：分子链上的氨基酸序列正是由蜘蛛染色体中的相应核苷酸序列决定的。换言之，蜘蛛拥有了制造这种聚合物的分子设计图。（不过请注意，因为吐丝过程很复杂，单凭设计图纸并不足以造出优质的蛛丝！）

生命有机体能够完全精确地指定一个聚合物的分子构成，这种能力让人羡煞。现代合成技术已经能让化学家在很大程度上掌控分子链的构成，比如他们可以通过把一种聚合物支链嫁接到另一种聚合物主链上，或者通过对调单个分子链上的两块不同部分，来制取杂化聚合物。但是，要想合成一种包含多达上千个单元的聚合分子，各种单元反复出现，顺序相当随意、复杂，此外还要保证材料中的每条分子链都一模一样，这种要求就远远超出了我们现有的合成水平。用语言学来打比方的话，当今最先进的合成分子看起来有点像这个：aaaaaaabbbbbbbaaaaaaabbbbbbbaaa……而大自然中的聚合分子则更像是我现在正在写的这整句话，其中蕴含着意义。

借助生物技术，我们可以从一种生物体的大段DNA中剪出一小段，再把它粘贴到另一种生物体的DNA中。然后，受体就会把新的基因当作它自己的（如果顺利的话），通过转录和翻译机制把相应的蛋白质制造出来。这种生物技术中具有潜在价值（我想也是争议较少）的一大方面，就是将人类的基因转移到细菌体内，之后在发酵池中培养细菌，制造医用蛋白质。不过有些合成科学家还意识到，这也是一种制造蛋白质材料的办法。

我们可以将真正的蛛丝基因转移到细菌体内，注我们也可以用这种方法“书写”并表达人工基因。结构蛋白中常包含重复的氨基酸序列，因为它们形成的纤维需要沿伸展方向保持各处均匀。要造出能合成循环序列的基因相对容易一些：只要先造出一个重复单元，然后再把若干单元合并起来就可以了。（要保证得到的合成基因中包含固定数量的重复单元也有办法。）一些研究人员已经开始利用这种思想来制造基因工程蛋白质材料，对材料分子链的特定结构进行定制。“人工设计”的类丝材料就是用这种办法制造的，别的类似于胶原蛋白和弹性蛋白（皮肤中一种有弹性的蛋白质）的蛋白质相关合成材料也可以这样制造。我们还可以设想一些杂化材料，用天然蛋白质（比如某种酶）制成人工设计的类蛋白质长链材料：比如，将蛋白质堆积成不溶于水的β折叠微晶体，形成防水的外层。在医学应用方面，这种类蛋白质材料可能的优势在于，它具有生物相容性及生物可降解性。