丝与丝样蛋白工程化构建高性能纤维材料

《International Journal of Molecular Sciences》：Engineering Silk and Silk-like Proteins into High-Performance Fiber Materials

　　

丝和丝样蛋白因其能够在基因定义明确的聚合物中集成机械稳健性、生物相容性、环境响应性和可降解性，正成为高性能纤维材料的可编程构筑模块。合成生物学目前已能够对蛋白质序列、重复单元数、分子量及模块化架构进行精确控制，从而为设计超越天然获取丝纤维的新型纤维创造了机会。然而，可直接应用的蛋白质纤维需要在多个长度尺度上实现协同调控，涵盖序列编码基序、分子组装，以及纺丝诱导取向、层级网络形成和最终性能特征。本综述讨论了将丝和丝样蛋白工程化为力学和功能优化纤维的最新进展。研究人员重点阐述了形成微晶的基序、无定形域、末端结构域以及折叠或动态模块如何贡献于纤维强度、韧性、延展性、阻尼、形状恢复、湿度稳定性、生物降解和可循环性。研究人员进一步将这些序列–结构–性能关系与结构纺织品、生物医用纤维、智能与防护系统以及可持续材料等应用相联系。最后，本综述讨论了可规模化重组生产和数据驱动序列设计方面的未来机遇。这些进展有望加速工程化蛋白质纤维向实用高性能材料的转化。

1. 引言

高性能蛋白质纤维在材料空间中占据独特位置，因为它们结合了优异的承载性能以及传统合成聚合物难以整合的生物功能与可持续性功能。丝和丝样蛋白是其中最具代表性的一类。丝蛋白包括蚕丝素（fibroin）和蜘蛛拖丝蛋白（spidroin）及其重组与工程化衍生物；丝样蛋白则指模仿或扩展天然丝序列架构、组装行为或纤维性能的工程化蛋白质聚合物。天然丝因其强度、韧性、延展性、低密度、生物相容性和可降解性的稀有平衡而长期受到重视。蛋白质工程通过合成DNA设计实现了对氨基酸序列、电荷、重复数目、分子量和模块结构的精确控制，同时微生物生产提供了非动物来源且具规模扩展潜力的制造途径。然而，将工程化丝蛋白转化为可应用的纤维需要综合考虑多种性能指标，如承重纺织品要求强度、韧性、低密度、延展性、疲劳抗性和尺寸稳定性；生物医用纤维要求生物相容性、可控降解和可加工性；动态与防护纤维则进一步要求阻尼、回复和稳定的循环响应。这些性能相互关联，并受蛋白质架构和纤维加工的共同影响，例如后拉伸比可提高强度和刚度但过度拉伸会降低断裂伸长率，水合则会提高无定形链活动能力和延展性但同时降低强度、刚度和尺寸稳定性。实际应用中还面临高重复蛋白质高产表达、浓缩纺丝液稳定性及环境湿度控制等挑战。

2. 从蛋白质序列到纤维结构与性能

2.1 重复模块作为力学性能的结构单元

天然蜘蛛丝蛋白包含数百个重复序列，每个重复区域含有多聚丙氨酸基序和甘氨酸富集基序。在纤维中，多聚丙氨酸基序堆叠形成承载载荷的β-微晶（β-crystallites），甘氨酸富集基序则在β-微晶周围形成无定形域，支持链迁移率、延展性和能量耗散。这种模块化重复结构使丝蛋白可以被视为可编程的重复聚合物。例如，淀粉样蛋白形成的肽段可替代多聚丙氨酸基序以改变β-纳米晶尺寸并提高结晶度，从而获得更高的拉伸强度和韧性。天然丝蛋白还含有端部结构域，在天然纺丝过程中发生α-螺旋向β-折叠的转变和二聚化，促进纤维中链的端到端结合；这些端部结构域可以被其他自相互作用蛋白域替换以促进链间相互作用而无错误折叠风险。此外，纤连蛋白衍生基序、含半胱氨酸标签和融合酶结构域等功能模块可被引入以赋予细胞粘附、位点特异性化学修饰和催化活性。

2.2 丝纤维网络中的层级组装、取向和力传递

在天然拖丝蛋白中，pH降低通过N端结构域促进蛋白质结合，并在C端结构域驱动螺旋到β-折叠的转变，而流动则拉伸并取向蛋白质链。重组拖丝蛋白若携带功能性端域则可支持pH响应组装；缺乏这些结构域的构建体则依赖加工诱导的重复区域结合。β-折叠形成的丝素基序和工程化淀粉样序列可通过骨架氢键和序列依赖性侧链堆积形成纳米尺度微晶。只有桥接不同蛋白质链的微晶才能作为有效的分子间物理交联。甘氨酸富集区及其它柔性片段主要构成无定形基质，连接刚性微晶域。链间氢键、范德华力以及某些工程蛋白中的静电相互作用为无定形域提供额外的连接性。在拉伸载荷下，许多丝和工程丝样蛋白纤维在低应变下呈现可恢复的弹性变形，这主要源于弱分子间相互作用的可逆变形和β-片层微晶的有限重取向。超过屈服点后，弱相互作用断裂，链在无定形域中逐渐伸直并取向。低分子量蛋白因缺乏足够的链间微晶物理交联而出现屈服后平台；高分子量重组丝和工程化淀粉样-丝杂化蛋白则可形成更广泛的链间微晶网络，产生应变强化和上升的应力-应变曲线。有效力传递还要求晶体和无定形域的多尺度轴向取向，纺丝流场、凝固动力学和后拉伸影响蛋白质堆积、取向和网络连接性；水合作用则通过增加无定形区迁移率引起软化或超收缩。

2.3 纤维纺丝和后纺丝加工作为结构形成步骤

湿法纺丝是目前重组和工程化丝蛋白最常用的纺丝方式。该过程始于浓缩蛋白质纺丝液，溶剂包括水性缓冲液、六氟异丙醇（HFIP）、离子液体、甲酸等。纺丝液浓度、粘度、溶剂选择和相态决定蛋白质链能否在不发生过早聚集的条件下挤出并保持足够邻近以组装。在某些体系中，相分离或凝聚层类材料可提供预组织状态以促进剪切诱导取向和后续固化。浓缩蛋白液随后通过喷丝头挤入凝固浴或收集浴。在此过程中，剪切力、溶剂交换以及某些情况下的pH或离子变化驱动链间结合、β-晶体形成和纤维固化。凝固浴组成、停留时间、蛋白浓度、流速和卷绕速度可影响纤维直径、形貌、β-折叠含量、延展性、强度和水稳定性。初始固化后的后纺丝拉伸进一步施加轴向应变，提高分子取向、微晶取向和网络均匀性，通常改善拉伸强度、杨氏模量和韧性，但过度拉伸会降低延展性和增加加工变异性。除湿法纺丝外，静电纺丝提供了制备纳米至亚微米纤维、无纺布垫和取向纤维阵列的补充途径，通过电场将带电蛋白溶液拉成细射流，快速溶剂蒸发和沉积产生小直径、高比表面积和连通结构的纤维。

3. 工程化丝蛋白序列以提高纤维的力学和功能表现

3.1 增加重复结构域数目

提高蛋白质分子量（MW）可增强纤维强度和模量。高分子量蛋白包含更多重复域，因而具有更大能力形成链间相互作用，尤其是由多条蛋白链组装的β-片层微晶，这些微晶作为强物理交联限制链滑动并促进力传递。然而，高分子量高度重复蛋白在异源宿主中表达困难，原因包括遗传不稳定性、mRNA降解、密码子偏倚和tRNA失衡。环形mRNA可改善重复转录本稳定性并提高微生物产量；split-intein介导的连接和聚合可将短蛋白前体组装为高分子量蛋白链。利用split-intein连接，含192个多聚丙氨酸和甘氨酸富集重复单元的重组蜘蛛丝蛋白被合成，分子量达556 kDa，其纤维极限强度为1.03 ± 0.11 GPa，模量13.7 ± 3.0 GPa，延展性18 ± 6%，韧性114 ± 51 MJ/m³，完全复现天然Trichonephila clavipes拖丝纤维的力学性能。此外，利用自发体内蛋白聚合，重复肌联蛋白（titin）分子量可达2 MDa；多种重复蛋白产量高达8 g/L。在蚕中，主壶腹拖丝蛋白1（MaSp1）重复序列与丝素轻链融合表达，将轻链启动子从约1 kb延长至4 kb可提高表达，但将MaSp1重复数从8增至32会降低表达。

3.2 工程化β-折叠形成基序以控制结晶增强

由于形成微晶的β-折叠基序在纤维形态中承担承载作用，对其长度、间距、相互作用和折叠的工程化可控制结晶域形成和纤维力学。不同拖丝蛋白的多聚丙氨酸长度通常为5至14个残基。当MaSp1在蚕中异源表达并纺丝时，将多聚丙氨酸段从8个丙氨酸增加到16个可使杨氏模量和极限拉伸强度分别提高22%和13%。相反，在细菌中表达并经人工湿纺的重组丝蛋白中，将多聚丙氨酸长度从5个增加到12个残基对模量和强度呈非单调效应，其中8个丙氨酸的变体表现出最高值，并形成稳健的纳米纤维组装。多聚丙氨酸两侧的残基也影响β-折叠长度和稳定性。在多聚丙氨酸段两端引入半胱氨酸，纺丝取向后的氧化处理可促进二硫键形成，显著提高纤维拉伸强度。此外，整个多聚丙氨酸基序可以被淀粉样蛋白衍生的立体拉链形成肽段替代，这些肽段具有强β-折叠组装倾向。杂化淀粉样-丝蛋白纤维的β-折叠结晶度比相当分子量的重组丝纤维高约4–5倍，片层间距约0.91 nm，模量和极限强度分别达重组丝纤维的2.0倍和3.3倍。将不同序列的淀粉样-丝蛋白混合可调节纤维强度和模量。采用序列多样化的淀粉样基序还可降低整体序列相似性并促进微生物表达，含128个重复单元的淀粉样-丝蛋白纤维实现了GPa级拉伸强度和超过160 MJ m^?3的韧性。

3.3 工程化无定形域以控制纤维延展性和能量耗散

甘氨酸富集的无定形域贡献链迁移率、可变形性和拉伸下的可逆结构重排。蜘蛛丝组学数据库提供了无定形域内保守基序如GGX、GXG、GPQ和QQG的信息。在低分子量重组丝变体中，将MaSp2的YGP替换为YGPS，或将QQG替换为SQG，可使极限应变和韧性提高38–96%，而拉伸强度和模量无显著变化；在YGPS变体中，YGP到YGPS替换伴随GPGA到GPAG替换。相反，将QGPY替换为QGPSGY会降低断裂应变和韧性20–30%，仅产生较小的极限强度和模量增加。这表明无定形域内的序列修饰可通过改变局部链迁移率和分子间相互作用来调控纤维延展性和能量吸收。另一策略是引入非天然的柔性模块：弹性蛋白样蛋白纤维可通过丝/弹性蛋白比例和弹性蛋白样模块设计调节热响应性、溶胀性、可变形性和力学行为；在转基因丝中掺入节肢弹性蛋白（resilin）可改善丝强度与回弹性。仿拖丝蛋白纤维将β-折叠形成模块与非拖丝无规卷曲模块组合获得高韧性。此外，将来自Araneus ventricosus的球状淀粉样MiSp间隔域整合到嵌合拖丝蛋白中可促进自组装、改善分子均一性并增强纤维强度。

3.4 工程化末端结构域以控制蛋白质–蛋白质相互作用

天然纺丝中，pH从近中性降至酸性，N端结构域发生pH依赖二聚化，而酸化和剪切使C端结构域的α-螺旋不稳定并促进与β-折叠富集组装相关的构象重排。天然拖丝中还鉴定到Arg–Tyr阳离子–π相互作用作为序列编码的分子“粘合剂”，促进相分离并将蛋白质缩合与β-折叠组装连接。一种成功的嵌合迷你拖丝蛋白NT2RepCT由Euprosthenops australis MaSp1的N端结构域和两个重复单元与Araneus ventricosus MiSp1的C端结构域组合而成，具有高水溶性和pH响应组装能力，可完全在水溶液中进行浓缩和纺丝。然而将该架构扩展至更长重复区域在面对浓缩纺丝液的同时保持末端结构域正确折叠仍具挑战。另一替代策略是将贻贝足蛋白5（Mfp5）的分裂片段融合到重复丝或淀粉样-丝蛋白的两个末端。Mfp片段通过多种阳离子–π、π–π和疏水相互作用结合，无需特定折叠界面或精确取向。融合分裂Mfp片段促进端到端分子间结合，增强β-折叠基序的轴向取向，显著提高纤维强度和韧性。通过工程化Mfp衍生末端域的氨基酸组成可调节纤维水合和超收缩：在工程化丝-淀粉样-贻贝足蛋白SAMHY中，C端Mfp片段的所有Lys和Arg残基被替换为His，所有Ser被替换为Tyr，提高了末端域的芳香性和疏水性，从而限制水分吸收。SAMHY纤维在>90%相对湿度下仅表现出2.2 ± 1.9%的超收缩，同时通过Tyr富集芳香相互作用和β-纳米晶轴向取向的结合保持高拉伸强度和韧性。这些研究确立了Mfp衍生末端作为序列可调相互作用模块的地位，无需极高分子量即可增强链连通性、β-纳米晶取向和力学稳健性。

3.5 工程化蛋白质疏水性以调控超收缩和湿气触发功能

天然蜘蛛丝和许多工程化蛋白纤维具有强水合响应性。高湿度或水暴露下，水分子渗入无定形域并破坏氢键，导致纤维显著收缩和强度损失，即超收缩。可设计序列以抑制超收缩或利用水吸收产生可控收缩。为抑制超收缩，可限制水分进入并减少非晶域内的水合敏感相互作用。对于ADF-3丝纤维的显著超收缩，重组蛋白RSSP(VLI)将所有QQ二肽替换为VL，单个Q残基替换为I，从而提高蛋白质疏水性，使超收缩从23%降至18%。在SAM蛋白中工程化C端Mfp5结构域的疏水性，使纤维超收缩从含天然Mfp5序列的约40%降至SAMHY纤维的2.2%。含折叠免疫球蛋白（Ig）样结构域的蛋白质也提供耐湿性途径：由于高疏水性，细丝蛋白衍生Ig纤维在99%相对湿度下表现出低超收缩（16%），并在高湿度下保留大部分拉伸强度（89%）。相反，水合响应可作为功能输出：工程化MaSp2衍生纤维含多聚丙氨酸和脯氨酸富集基序，可用于实现湿度响应形状记忆行为，将超收缩样收缩和恢复转化为可编程驱动；最近的重组拖丝蛋白设计还在β-晶体域附近引入半胱氨酸介导的增强，在高湿度下保持β-折叠取向并实现强而可逆的湿气驱动驱动。工程化水合响应结构域因此涉及调节疏水性、氢键网络、链间交联和折叠域稳定性，以产生湿气稳定结构纤维或有意将水分吸收转化为运动或形状恢复的纤维。

3.6 工程化折叠和动态结构域以实现阻尼、恢复和循环稳定性

动态和防护纤维需要耗散机械能、在变形后恢复并保持重复加载下的性能。折叠和动态域提供序列级模块：串联免疫球蛋白样域作为牺牲力学单元。微生物产生的高分子量肌联蛋白聚合物纤维具有高强度、韧性、阻尼能力和湿度辅助恢复；不同Ig域来源（肌联蛋白、肌间线蛋白和细丝蛋白）的系统比较表明，Ig域疏水性与纤维组装和拉伸强度相关，折叠能量与阻尼能力相关，氢键网络影响湿度诱导削弱。高分子量12×细丝蛋白Ig纤维结合了高强度、韧性、阻尼能力和重复循环中近乎完全的形状恢复。互补策略是在可变形蛋白网络中编码可逆键合位点。动态亚胺纤维化学利用富含赖氨酸的弹性蛋白样重复序列作为反应模块，赖氨酸提供可逆亚胺交联，随机卷曲弹性蛋白样骨架提供链迁移率，从而获得强韧且可在疲劳或酸诱导削弱后恢复的蛋白纤维。双动态网络蛋白纤维结合鱿鱼齿环衍生的β-折叠形成模块、类节肢弹性蛋白弹性模块和富含赖氨酸的弹性蛋白样交联模块，整合氢键、动态亚胺交联和熵驱动弹性以实现循环加载中的高阻尼。贻贝足丝启发蛋白纤维进一步表明，湿度依赖性氢键、二硫键和Ca²⁺-羧基配位可以在湿态下协调延展性与强度和自恢复。折叠域工程、动态网络工程和可逆牺牲变形共同使蛋白纤维能够耗散能量、恢复形状并在重复加载循环中维持力学功能。

3.7 工程化可再加工和可降解的蛋白质–纤维网络以实现可持续生命周期

可回收性、可再加工性和生物降解性是工程化丝蛋白纤维的新设计目标。工程化蛋白纤维的优势在于这些特性可在设计阶段通过控制结晶度、链间内聚性、溶剂可及性、动态相互作用和蛋白酶可及域来调控。早期丝再生研究表明溶解、再生和再纺丝可回收丝材料和纤维，但再生纤维因分子完整性和加工诱导结构损失而常呈现下降的力学性能。近来工程化纤维将可回收性视为序列编码功能。在SAMHY纤维中，丝-淀粉样重复核心形成承载的β-纳米晶，而工程化Mfp衍生末端域影响疏水性、溶剂可及性和分子间相互作用。C端Mfp片段中Lys/Arg到His和Ser到Tyr的替换减少易甲酰化残基，同时保留π–π相互作用和β-折叠取向，使纤维在甲酸溶液中迅速溶解并可在多个循环中再纺丝且保持强度、韧性、低超收缩和结构完整性。生物降解受纤维结构和蛋白质序列特征控制。重组蜘蛛丝eADF4(C16)的酶降解研究表明材料形式影响蛋白水解：同一蛋白制成的颗粒、薄膜和非织造网以不同速率降解，化学交联降低降解速率和程度。丝素材料的降解取决于酶类型、分子量、β-折叠结晶度、无定形区可及性、加工历史、孔隙率和形貌。新策略可将丝降解酶嵌入丝器件内部，将降解从表面侵蚀转变为内部引发的整体降解。反之，交联结晶和无定形区可提高丝素对酶降解的抵抗力，改善稳定性但降低可降解性。有效的生命周期导向纤维工程需平衡稳定的承载相互作用与可逆或生物可及的网络特征。

4. 面向应用的纤维设计

4.1 承重应用纤维

高模量、高强度和高韧性纤维可用作承重纺织品和结构纤维，包括绳索、电缆、防护织物以及航空航天、汽车、运动、海洋等高性能需求系统中的增强层。当前高性能纤维主要包括碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维。这些纤维提供高强度、高模量和低密度，部分还具备化学、热、疲劳抗性、尺寸稳定性和耐久性。防护织物和弹道复合材料进一步要求高能量吸收、抗冲击性和宽环境条件下的稳定性能。工程化蛋白纤维已达到GPa级拉伸强度，在韧性方面可超过某些传统高性能纤维，但其相对较低的初始模量和屈服强度以及对高应变率冲击的不足仍是防护织物和弹道复合材料应用的重要限制。未来蛋白纤维工程应侧重于提高初始模量和屈服强度，同时保持高韧性和能量耗散能力。

4.2 生物医用纤维

生物医用纤维需要不同的性能组合。手术缝合线必须具有足够的拉伸强度以维持伤口闭合预期时间、可靠的打结安全性、合适的操作性、最小的组织反应、可预测的强度保持以及临床相关时间尺度内可靠的吸收动力学。组织工程支架需要合适的3D架构和针对特定再生组织的力学性能。工程化蛋白纤维因可将良好力学性能与生物相容性和可编程吸收性结合而具有吸引力。例如，纤连蛋白功能化的重组蜘蛛丝蛋白可在哺乳动物细胞存在下组装成细胞外基质样微纤维3D网络，支持细胞增殖和分化，并表现出与动脉壁相似的湿态力学性能。未来工程应强调对降解动力学的精确控制，使纤维强度、结构持久性和吸收速率与特定组织和愈合阶段的要求相匹配。

4.3 动态和智能纺织品纤维

用于动态和智能纺织品应用的纤维包括人体运动监测的可穿戴传感器、用于形状或孔隙率控制的纺织品软致动器和人工肌肉，以及冲击自适应防护纺织品。已证实的应用包括用于传感的导电-弹性体复合纱线、用于驱动的加捻或卷曲尼龙和聚乙烯纱线，以及用于抗冲击响应的剪切增稠液浸渍芳纶织物。重复变形或冲击相关的应用需要受控的能量阻尼、时间依赖性恢复和循环加载疲劳抗性。可穿戴传感器还要求柔性、拉伸性、透气性、皮肤相容性、信号稳定性、安全性、耐水洗性和重复弯曲或拉伸下的耐久性。蛋白纤维具有吸引力，因为序列级设计和可逆分子间相互作用可将承载、能量耗散、恢复和环境响应性结合于单一纤维材料中。例如，工程化MaSp2纤维表现出湿度敏感形状记忆和高恢复应力，而半胱氨酸增强的重组拖丝蛋白纤维可实现强而可逆的湿度驱动扭转驱动。进一步工程应优先考虑在可变湿度和温度下的稳定可重复响应、长期疲劳和耐水洗性以及纺织制造中的可规模集成。

4.4 其它应用纤维

高性能蛋白纤维和纳米纤维还可用于过滤膜、功能涂层、资源回收系统和可循环纤维材料。例如，重组蜘蛛丝纳米纤维非织造网已被探索用于PM2.5过滤，其应用性能由纤维直径、网孔隙率、比表面积、透气性、过滤效率和网络级力学完整性决定。一种与镧系元素结合肽融合的丝-弹性蛋白样蛋白用于选择性稀土元素回收。此外，蛋白基纤维可用于可循环纺织品，以减少原生纤维生产需求并降低能源消耗和碳排放。这些应用与蛋白纤维的再循环性和生物降解性高度契合。

5. 预测性和可规模纤维设计的未来机遇

未来进展取决于将分子设计与可规模生产、可重复加工和预测性性能控制联系起来。持续挑战在于提高力学的序列特征往往使制造复杂化：高分子量、长重复基因和β-折叠倾向片段可增加链重叠、缠结和载荷传递，但也造成基因稳定性、翻译负担、蛋白质聚集、溶解度、纯化和浓缩纺丝液制备等问题。商业转化需要经济高效的发酵、下游回收、纺丝液配制、溶剂管理和纤维纺丝，而非仅在实验室规模的性能。无溶剂热机械融合天然丝纤维也凸显了保留层级结构的加工途径的重要性。有希望的路线包括更稳定的重复基因构建、split-intein蛋白聚合、分泌型生产、高细胞密度生产以及具有精确控制纤维性能的工程蛋白。这些策略不仅应通过蛋白滴度和纯度评估，还应通过每质量可用纤维的成本、批次间重现性、加工兼容性、环境足迹和放大后保持的力学性能来评估。预测性设计方面，早期模拟导向重组丝样嵌段共聚物工作表明，嵌段组成、链长和剪切流诱导网络组织共同控制纤维形成和力学性能。大规模蜘蛛丝组学数据集将拖丝蛋白序列多样性与实测拖丝力学、结构、热和水合性质联系起来。最近的深度学习框架开始将拖丝蛋白重复区序列与纤维级力学性能连接并识别与强度、韧性等相关的关键基序和候选突变。近期工作还将生成和天然序列与结构预测和定向分子动力学相结合以评估序列依赖性去折叠行为和纳米力学性质。更广泛而言，AI工具正将蛋白质工程从结构预测转向逆向序列设计，如AlphaFold提供序列到结构的基础，ProteinMPNN和RFdiffusion支持骨架条件序列设计和从头蛋白质生成，ForceGen则扩展到从非线性去折叠响应进行力学条件序列生成。然而，仅预测蛋白质结构或单分子去折叠行为尚不能确立纺成纤维的性能，因为后者还取决于分子间组装和加工历史。实际优先事项因此是构建连接序列、加工条件和实测纤维性能的数据集，并通过纤维制造和既定条件下测试验证模型设计的蛋白质。人工丝路线图强调设计–模拟–生产–纺丝–测试的迭代循环，而自动化生物材料平台展示机器人制造和机器学习引导实验选择如何闭合材料发现循环。将这一逻辑应用于蛋白纤维可使该领域从经验优化转向预测性、应用特定且可制造的材料设计。

6. 结论

工程化丝和丝样蛋白已从仿生模拟物发展为可编程纤维形成聚合物，其中序列、分子量、模块化架构、加工和层级组装可被有意协调。当前研究已阐明β-折叠形成基序、无定形域、末端结构域以及折叠或动态模块如何贡献于不同的力学和功能输出。这些见解为构建具有应用匹配性能的纤维提供了不断增长的设计工具包。下一阶段是将该工具包转化为标准化和预测性平台：可规模生产、集成的序列–结构–性能数据集和数据驱动设计流程应能够让目标性能指导蛋白质序列工程和纤维加工。实现这一转变对于将工程化蛋白纤维转化为实用的结构、生物医用、智能和可持续材料至关重要。