几十年来，研究人员一直努力制造人工蜘蛛丝——一种质量很轻但比钢铁还强韧的材料（其工业应用数不胜数）。在向这个目标迈进的重要一步中，塔夫斯大学（Tufts University）的研究人员已经创造了基因工程微生物，其生产的蛋白质比以前制造蜘蛛丝所需的蛋白质更多。

　　牵引丝——典型蜘蛛用来作为其蜘蛛网的“轮圈”和“辐条”——比钢铁强韧且远比钢铁轻。转基因的细菌可以生产合成这种丝所需的蛋白质，这些丝合在一起就可以形成纤维。但是，由于某些原因，以前用细菌制造蜘蛛丝的尝试都失败了。原因之一，研究人员拥有的牵引丝的基因顺序不完整。原因之二，他们在改造细菌使其生产足够的蛋白质方面取得的成功非常有限。

　　塔夫斯大学生物医学工程系主任大卫・卡普兰（David Kaplan）已率先把蚕丝应用在医疗设备、可生物降解的电子器件、光学设备以及黏合剂中。他认为比蚕丝类更强韧的蜘蛛丝可以开拓新的应用领域，但他说：“对此还没有很多的探索，因为我们没有足够的材料。”蜘蛛具有攻击性且会守护自身活动领域，因此不能像养蚕那样进行饲养。

　　在使用微生物制造蜘蛛丝蛋白方面，生物工程师只是小有成就。20世纪90年代，化工巨头杜邦公司（DuPont）在尝试研发一种细菌制造的丝产品时没有成功。加州大学旧金山分校的药物化学教授克里斯托夫•沃伊特（Christopher Voigt）说，部分原因是蜘蛛丝是由一种带有高度重复基因顺序的很大的蛋白质制成，很难破译。

　　去年，研究人员采用新的排序技术，得到了第一个完整的蜘蛛丝基因顺序。在这之前，研究人员被迫使用截断的蜘蛛丝基因，而用这些基因制成的纤维比不上天然丝那么强韧。

　　即使拥有完整的蜘蛛牵引丝基因顺序，制造人工丝仍是一个挑战。生成足够的蛋白质所需的原始材料比细菌天然含有的材料多得多。和位于大田（Daejeon）的韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）以及国立首尔大学（Seoul National University）的研究人员进行合作，卡普兰把完整的蜘蛛丝基因加入到大肠杆菌（E. coli）中，然后改变细菌的蛋白质形成路径，使其制造足够量、形成丝所需的氨基酸。以前，每升转基因细菌只能生产几十毫克的蛋白质。卡普兰的大肠杆菌每升生产1~2克蛋白质。

　　怀俄明大学（University of Wyoming）分子生物学教授兰迪•刘易斯（Randy Lewis）说：“这已清楚表明，大肠杆菌可以制造这些大型蛋白质，改变它们的基因结构使其有能力完成。”刘易斯预测，在几年之内，就有可能使用一种细菌系统来生产达到千克数量级的人工蜘蛛丝。

　　卡普兰说那是他的计划。他说：“我们想把它变成一个连续的生产过程。”

　　卡普兰表示，现在需要的是，将更多的把蛋白质制成纤维的高效节能方法。使用类似于制造聚合物纤维——如聚酯纤维——的纺丝技术，他的研究团队已经用他们制造的蛋白质制成了纤维，在强度、弹性及韧性方面，这些纤维的性能与天然蜘蛛牵引丝相当。然而，由于蜘蛛丝蛋白过于复杂且不溶于水，用它们纺成纤维需要高温处理过程和强刺激性的溶剂。

　　卡普兰说，这些纤维“需要巨大的能量来结合”。材料科学家想像蜘蛛那样来制造丝纤维：常温、无需强刺激性的溶剂。

　　加州大学伯克利分校分子纳米技术中心主任卢克•李（Luke Lee）正在寻找一种解决这个问题的新方法。他设计了一种包含微流体通路——用来提供盐和溶剂变化，这种变化是在蜘蛛腺内发现的——的纺丝系统。由李和沃伊特的学生创办的一家名为Refactored Materials的公司也在致力于研究纺丝的问题。