华大海洋联合发表蛛丝蛋白综述论文

近日，华大海洋联合湖北大学、新加坡国立大学在国际学术期刊Protein and Peptide Letters上发表蛛丝蛋白综述论文 （图1），重点阐述蛛丝的蛋白组成、疏水性及其生物医学应用，为蛛丝在生物医学、生物材料等方面的开发研究提供理论指导[1]。

同时，该文在水生蜘蛛的蛛丝蛋白特性、蜘蛛基因组及丝腺抗菌肽成分等方面提出了新的见解，为课题组合作开展水生潮蛛基因组学研究提供支撑。

华大海洋研究院博士生李凡为论文第一作者，院长石琼教授和新加坡国立大学李代芹教授为论文共同通讯作者。

图1 论文发表于Protein &Peptide Letters（2021, 28(3): 255-269）

蜘蛛隶属无脊椎动物门、蛛形纲、蜘蛛目，是一个种类繁多、形态各异的捕食者类群（图2），拥有超过3.8亿年的演化历史[2]。

蜘蛛现有近5万种[3]，几乎在所有陆生生态系统中都有分布，更有特别的类群栖居于内陆水体及海洋潮间带。

图2形态各异的蜘蛛种类

蛛丝织成蛛网（图3），是蜘蛛完成其日常生活必不可少的工具，可广泛应用于捕猎、防御、求偶、生产等活动之中。

蛛丝由蛛丝蛋白组成，这是一类富含氮的有机蛋白，可以有效抵御诸如蚂蚁、细菌等生物的侵蚀。

图3沾有水滴的蜘蛛网

因其突出的机械性能，蛛丝受到世界各国科学与工业领域研究者的关注，来自马达加斯加的达尔文树皮蛛的拖丝平均强度可达350 MJ/m3，这一强度是著名的防弹纤维凯夫拉（Kevlar）的10倍左右[4-5]。

该论文首先对蛛丝蛋白家族进行了归纳，详述了7种蛛丝蛋白（MaSp、MiSp、Flag、AgSp、 PySp、AcSp和TuSp）的特征与分类（图4、5）。在文献梳理过程中发现现有蛛丝蛋白及其基因命名存在严重的不一致性，因此，该文首次提出以现有命名法为基础的蛛丝蛋白及基因统一命名规则。

通过对115篇蛛形学及蛛丝相关研究文献的回顾，该论文系统性陈述了各类蛛丝蛋白的基因序列及分子结构特征（图5、6），总结了每一种蛛丝蛋白的命名特征，为现有蛛丝蛋白的鉴定与新蛛丝蛋白的发现提供了翔实的参考指南。

特别值得特别关注的是，该论文还对水生蜘蛛类群的蛛丝疏水性进行了详细讨论。水生蜘蛛因生活环境与陆生蜘蛛不同，其蛛丝蛋白在氨基酸组成上具有一些差异，疏水性氨基酸在水生蜘蛛蛛丝中占比更高，这一天然材料可为兼顾超强机械性能和疏水特性的材料研发提供很好的启发。

图4扫描电镜下的地蛛科蜘蛛纺器及其丝线结构

图5蛛丝蛋白基因结构简图

图6蛛丝蛋白的结构特征

此外，该论文还对达尔文树皮蛛（Caerostris darwini）丝腺转录组和棒络新妇（Trichonephila clavipes）及社会性丝绒蛛（Stegodyphus mimosarum）基因组序列进行了抗菌肽筛选。

其中，在达尔文树皮蛛丝腺转录组中发现85条潜在的抗菌肽前体序列（图7），这为解释达尔文树皮蛛超大蜘蛛网（最长可达25米，面积可达2.8平方米）[4]。

在有小型昆虫（猎物）附着的情况下，仍可被保存超过24小时之久，并免于被微生物侵蚀的现象提供新的研究思路。

图7达尔文树皮蛛和棒络新妇中筛选出的抗菌肽类别

最后，该论文对蛛丝的医学应用前景进行了展望。因其良好的力学性能、生物相容性及可降解特性，已有研究者以羊为生物活体模型将蛛丝运用于治疗烫伤创面的活体试验[6]。

另外，也有研究者将人工重组的蛛丝运用于特定肿瘤细胞的基因靶向治疗[7]，可见蛛丝在生物医学及生物材料研发方面具有明显的优势。

目前，主要蛛丝的应用开发领域主要问题在于蛛丝的大规模生产以及对不同特性蛛丝蛋白的发掘与深入了解，基因组学的发展让挖掘更多类型的蛛丝蛋白并深入理解其优异性能的分子机制成为可能，将大大推动蛛丝规模化应用的发展。

华大海洋与合作团队正在开展两栖潮蛛的基因组学研究

2014年，华大海洋在Nature子刊上发表全球首个弹涂鱼基因组论文（图8），系统阐明了两栖鱼类的陆生适应机制[8]。

2019年，新加坡国立大学联合华大海洋、湖北大学，一起开展两栖潮蛛的全基因组测序、分析和蛛丝蛋白组学研究。

目前合作工作进展良好，联合培养博士生李凡已抵达新加坡国立大学，预期2021年底完成有关物种的个性化分析。

图8 华大海洋发表全球首个两栖鱼类基因组论文

参考文献

[1] Li F. et al.Protein & Peptide Letters, 2021, 28(3): 255-269.

[2]Selden P.A. et al.Palaeontology, 1991, 34: 241-281.

[3] World Spider Catalog. Natural HistoryMuseum, Bern, Germany.

[4] Agnarsson I. et al. PLoS One,2010, 5(9): e11234.

[5] Garb J.E. et al. Communication Biology,2019, 2(1): 275.

[6]Liebsch C. et al. Burns, 2018, 44(7): 1829-1838.

[7]Numata K. et al. Biomaterials, 2009, 30(29):5775-578.

[8] You X. et al. NatureCommunications, 2014, 5: 5594.