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Recombinant Spidroins Fully Replicate Primary Mechanical Properties of Natural Spider Silk
Biomacromolecules ( IF 5.5 ) Pub Date : 2018-08-06 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00980 Christopher H. Bowen , Bin Dai , Cameron J. Sargent , Wenqin Bai , Pranay Ladiwala , Huibao Feng , Wenwen Huang 1 , David L. Kaplan 1 , Jonathan M. Galazka 2 , Fuzhong Zhang
Biomacromolecules ( IF 5.5 ) Pub Date : 2018-08-06 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00980 Christopher H. Bowen , Bin Dai , Cameron J. Sargent , Wenqin Bai , Pranay Ladiwala , Huibao Feng , Wenwen Huang 1 , David L. Kaplan 1 , Jonathan M. Galazka 2 , Fuzhong Zhang
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Despite significant efforts to engineer their heterologous production, recombinant spider silk proteins (spidroins) have yet to replicate the unparalleled combination of high strength and toughness exhibited by natural spider silks, preventing their use in numerous mechanically demanding applications. To overcome this long-standing challenge, we have developed a synthetic biology approach combining standardized DNA part assembly and split intein-mediated ligation to produce recombinant spidroins of previously unobtainable size (556 kDa), containing 192 repeat motifs of the Nephila clavipes dragline spidroin. Fibers spun from our synthetic spidroins are the first to fully replicate the mechanical performance of their natural counterparts by all common metrics, i.e., tensile strength (1.03 ± 0.11 GPa), modulus (13.7 ± 3.0 GPa), extensibility (18 ± 6%), and toughness (114 ± 51 MJ/m3). The developed process reveals a path to more dependable production of high-performance silks for mechanically demanding applications while also providing a platform to facilitate production of other high-performance natural materials.
中文翻译：
重组螺旋蛋白完全复制了天然蜘蛛丝的主要力学性能
尽管为工程化其异源生产付出了巨大的努力，但重组蜘蛛丝蛋白（spidroins）尚未复制天然蜘蛛丝所展现的无与伦比的高强度和韧性，从而阻止了其在众多机械要求苛刻的应用中使用。为克服这一长期挑战，我们开发了一种合成生物学方法，将标准化的DNA部件装配与分裂内含肽介导的连接相结合，以生产以前无法获得的大小（556 kDa）的重组spidroin，其中包含192个Nephila锁骨的重复基序拉铲吊环脊索蛋白。用我们的合成海绵纺制成的纤维是第一个通过所有通用指标完全复制其天然同行机械性能的纤维，即拉伸强度（1.03±0.11 GPa），模量（13.7±3.0 GPa），延展性（18±6％）和韧性（114±51 MJ / m 3）。先进的工艺为机械要求苛刻的应用提供了一条可靠的高性能丝绸生产途径，同时也为促进其他高性能天然材料的生产提供了平台。
更新日期：2018-08-06
中文翻译：
重组螺旋蛋白完全复制了天然蜘蛛丝的主要力学性能
尽管为工程化其异源生产付出了巨大的努力，但重组蜘蛛丝蛋白（spidroins）尚未复制天然蜘蛛丝所展现的无与伦比的高强度和韧性，从而阻止了其在众多机械要求苛刻的应用中使用。为克服这一长期挑战，我们开发了一种合成生物学方法，将标准化的DNA部件装配与分裂内含肽介导的连接相结合，以生产以前无法获得的大小（556 kDa）的重组spidroin，其中包含192个Nephila锁骨的重复基序拉铲吊环脊索蛋白。用我们的合成海绵纺制成的纤维是第一个通过所有通用指标完全复制其天然同行机械性能的纤维，即拉伸强度（1.03±0.11 GPa），模量（13.7±3.0 GPa），延展性（18±6％）和韧性（114±51 MJ / m 3）。先进的工艺为机械要求苛刻的应用提供了一条可靠的高性能丝绸生产途径，同时也为促进其他高性能天然材料的生产提供了平台。
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