[发明专利]改善的丝纤维

说明书

提供了用于改善的基于分子量大于约10kDal的长重复单元的蛋白质嵌段共聚物纤维的方法和组合物。每个重复单元包括超过约150个氨基酸残基，这些氨基酸残基组构成多个“准重复单元”。该纤维具有改善的机械特性，其更好地重现了天然丝纤维的机械特性。

相关申请数据

本申请要求2015年3月16日提交的美国临时申请序列号62/133,895的权益，其全部公开内容出于所有目的通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体而言涉及由蜘蛛丝蛋白质生产的丝纤维。具体而言，本公开涉及改善的蜘蛛丝蛋白质。

背景

由于商业规模制造的困难性以及生产可制成线、纱线或其他纤维的纤维的技术挑战，由蜘蛛丝中的多肽合成的聚合纤维是商业上不可获得的。

天然蜘蛛丝蛋白质是大型(150kDa，1000个氨基酸)多肽，可分成三个结构域：N-末端非重复结构域(NTD)、重复结构域(REP)和C-末端非重复结构域(CTD)。重复结构域包括约90％的天然多肽，而NTD和CTD相对较小(分别为～150、～100个氨基酸)。NTD和CTD被充分研究，并且认为其赋予整个多肽链水稳定性、pH敏感性和聚集时的分子排列。

单个蜘蛛物种产生多种纤维，它们每种用于不同的功能。这些不同的功能的实例包括牵引丝、网状捕捉螺旋线(web capture spirals)、猎物固定和保护卵囊的丝。牵引丝具有出色的机械特性。就它们的重量和直径而言，它们非常强力，并且还展示出高延伸性和高极限拉伸强度的组合。

氨基酸组成和蛋白质结构在蜘蛛丝类型和蜘蛛物种之间变化相当大。例如，圆网蜘蛛具有六种独特类型的腺体，其产生不同的丝多肽序列，这些丝多肽序列聚合为被裁制为符合环境或生命周期生态位的纤维。根据纤维所来源的腺体对纤维命名，并且用腺体缩写标记多肽，例如蛛丝蛋白(蜘蛛丝蛋白的简称)为“Sp”。在圆网蜘蛛中，实例包括大壶状腺(Major Ampullate，MaSp，也称为牵引丝)、小壶状腺(Minor Ampullate，MiSp)、鞭状腺(Flagelliform，Flag)、葡萄状腺(Aciniform，AcSp)、管状腺(Tubuliform，TuSp)和梨状腺(Pyriform，PySp)。

存在一种共同类型的圆网MaSp牵引丝(例如络新妇蜘蛛(Nephila clavipes)MaSp1)，其中重复结构域含有与纤维的非晶区域(可能含有α螺旋和β转角)有关的富甘氨酸区域和与纤维的β折叠结晶区域相关的聚丙氨酸区域。氨基酸组成和序列以及纤维形成细节均影响纤维的机械特性。

尽管认为蜘蛛丝的商业应用是可能的，但在商业上并不能够以与蚕丝相同的方式养殖和收获蜘蛛丝。这部分是由于蜘蛛的侵略性和领地性。因此，合成生产的蜘蛛丝被认为是最可能有成本效益的且可行的商业化途径。

目前，重组丝纤维还不是商业上可获得的，并且即使有少数例外，其也不能够在大肠杆菌(Escherichia coli)和其他革兰氏阴性原核生物之外的微生物中产生。迄今生产的重组丝大部分是由聚合的天然重复结构域的短丝序列基序或片段组成，有时组合NTD和/或CTD。虽然这些方法能够使用分子内表达和色谱纯化或本体沉淀生产小规模的重组丝多肽(实验室规模为毫克级，生物加工规模为千克级)，但是它们不能放大到匹配常规纺织纤维。已经用于生产丝多肽的其他生产宿主包括转基因山羊、转基因蚕和植物。类似地，这些宿主尚不能够实现商业规模的丝生产，可能是由于工程周期缓慢。

因此，需要改进的蜘蛛丝源的重组蛋白质设计、以高速率生产它们的表达构建体、表达这些蛋白质的微生物，和这些蛋白质制成的合成纤维，该合成纤维表现出了许多期望的天然蜘蛛丝纤维的机械和形态学特性。

概述