向仲怀无忧配
家蚕表型多样性示意图。
自膨胀蚕丝蛋白止血海绵。
家蚕基因和变异分布图。
蚕丝蛋白生物双面胶。
向仲怀(左一)指导学生进行实验。 以上图片均为西南大学党委宣传部提供
网友：最近看到新闻报道，蚕丝不仅能做衣服，还能用来修复伤口，甚至制造“人工角膜”。一只小小的蚕，原来有这么多神奇应用。这背后有什么科学原理？
编辑：修复创伤时，使用蚕丝蛋白制成的温和敷料，能加速愈合且不致敏；眼角膜严重受损，一种蚕丝蛋白基的“人工角膜”能被快速移植，助患者重见光明……这些应用场景其实并不遥远。本期“院士讲科普”，我们邀请中国工程院院士、著名蚕学专家向仲怀，带大家了解现代科学视野中的家蚕。
蚕丝蛋白：极具想象力的“智慧材料”
蚕丝，质地轻盈、柔软、光滑，具有良好的透气性和保暖性，被广泛应用于纺织、美容等多个领域，具有极高的经济价值。
鲜为人知的是，因其独特的生物相容性、可降解性，蚕丝在生物医学领域也展现出广阔的应用前景。
蚕丝为什么能用于医疗？这得从蚕丝蛋白说起。
蚕丝蛋白与人体的皮肤、组织有非常好的生物相容性。简单来说，把蚕丝贴在身上或者植入体内，身体不太会把它当成“异物”来排斥无忧配，不容易过敏。这一点，是很多合成材料无法比拟的。早在几个世纪之前，蚕丝手术缝线已在临床上得到广泛应用。
想象这样的场景：修复创伤时，用蚕丝蛋白制成的温和敷料，能加速愈合且不致敏；手术缝合线在体内自然降解，无需拆线；甚至当眼角膜严重受损，一种蚕丝蛋白基的“人工角膜”能被快速移植，助患者重见光明……这不是遥不可及的幻想，而是可以期待的未来。
作为自然材料，蚕丝蛋白能被人体安全地降解和吸收。因此，它在再生医学领域展现出很大的应用潜力，并已被用于软骨、皮肤、角膜等损伤组织修复的研究。
基于同样原理，还有研究团队通过基因改造技术，拓展其在未来生物材料中的应用。例如，蚕丝蛋白可制成神经导管、血管支架等植入性医疗器械，在体内逐步降解吸收，避免二次手术；在药物递送系统中作为载体，实现精准释放，提高疗效；甚至凭借其柔性与生物相容性，用于可穿戴设备及人体植入式传感器。
家蚕繁殖快、成本低，结合基因编辑技术，能低成本、高效率地生产蚕丝蛋白。或许，我们很快就能迎来家蚕“工厂”，实现特殊功能蚕丝蛋白生产的商业化。
家蚕基因图谱：类型全面的“遗传字典”
蚕丝蛋白为何那么多特长？如何能让这些特点继续“扬长”？这个话题涉及家蚕基因研究。
家蚕这种昆虫很特别，它是迄今为止唯一被人类完全驯化的昆虫。古有伏羲“化蚕”、嫘祖“教民育蚕”的传说，“蚕”是中华文明的重要符号，蚕的应用早就与人类生产生活紧紧联系在一起。
20世纪初，随着杂交蚕种技术的推广，许多地方蚕种因产量低、效益差而面临被淘汰的命运。从经济效益来讲，杂交蚕种无疑最具优势；但从生物基因的角度来说，优良基因分散在各个地方蚕种里，一旦地方蚕种消失，这些基因就再也无处可寻。
为了保护好、研究好这种宝贵的生物资源，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室经过几十年努力，建立了一个“家蚕基因库”。这座基因库已活体保存1200余种家蚕遗传资源，包含了超1.9万个家蚕基因，覆盖世界已知家蚕遗传变异的90%以上，其中包括天然彩色茧、高抗病性品种、特殊突变系等珍贵资源，是国内历史最久、创新发现最多、世界上保存量最大和类型最全的家蚕基因库。
这只是第一步。
2004年，我们团队绘制完成了世界上第一张家蚕基因组框架图，也是我国科学家继完成人类基因组1%计划、水稻基因组计划之后，为人类贡献的第三大基因组成果。2022年，我们又前进了一大步，完成了“千蚕基因组”计划，绘制出家蚕超级泛基因组图谱。
这个成果，就像为家蚕编写了一部全面的“遗传字典”。过去，育种多依赖经验与运气。如今借助这部“字典”，我们能精准查找控制蚕丝产量、强度、韧性乃至降解特性等性状的关键基因，可以实现“按需设计”。这也标志着从传统育种迈向基因设计育种的转变。
目前，通过基因编辑技术，我们已培育出能吐天然彩色丝的家蚕，以及利用黑白卵色标记性别的新品种。以往培育稳定遗传特定性状的品种，往往需要数年时间，如今依据“遗传字典”可快速实现。
蜕变机制：循环不息的“生命启示”
当我们的祖先凝视着家蚕，他们看到的也不只是丝线。
蚕的一生经历了卵、幼虫(蚕宝宝)、蛹和成虫(蚕蛾)四个阶段，从“作茧自缚”到“破茧成蛾”，充满戏剧性的过程，给予古人关于生命的无尽哲思。
古人从蚕的生命循环中领悟生命哲学，今天我们从家蚕基因中探寻长寿的奥秘。
大家可能想不到，家蚕的基因组中，有大约5500个基因与人类的基因是同源的，占了人类基因总数的30%以上。这意味着，我们在蚕身上做的许多研究发现，很可能对人类有直接的启示。
2024年，我们团队的代方银教授有一个重要发现：在家蚕体内找到了一个与寿命相关的关键基因——OSER1。长寿基因FOXO负责叉头框蛋白O的生成，OSER1则是FOXO的靶基因，叉头框蛋白O能够通过调节与衰老相关的基因影响寿命。
通过实验，提高这个基因的活性，能显著延长家蚕的寿命。更令人振奋的是，这个机制在果蝇、线虫等其他生物身上也得到了验证。
研究发现，90岁以上的长寿老人与年轻对照组相比，检测到OSER1基因中存在49个常见单核苷酸多态性(SNP)，其中7个与长寿显著相关。未来，家蚕可能成为研究人类疾病与衰老的“候选模型”之一。这为我们研究抗衰老、开发相关药物，提供了一个全新的靶点和思路。同时，家蚕的“蜕变重生”机制，可能为再生医学带来启示。
从幼虫到蛹再到蛾，家蚕的一生，体内细胞会经历程序性重塑与再生。未来，我们或许能从家蚕身上获取破解器官再生的密码，为治疗退行性疾病或损伤修复提供思路和方案。
(作者为中国工程院院士、西南大学教授，本报记者王欣悦采访整理)
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