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〔科技日?qǐng)?bào)〕微生物從“互掐”到“協(xié)作” 新策略提高催化效率50%以上
時(shí)間：2022-02-10
來源：科技日?qǐng)?bào)
作者：朱琳 金鳳
攝影： 編輯：王小軒
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作為生物催化劑，微生物可以通過全細(xì)胞催化或多細(xì)胞協(xié)作，進(jìn)行能量收集、傳感、修復(fù)和驅(qū)動(dòng)等，具有效率高、條件溫和、選擇性高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的微生物細(xì)胞間協(xié)作方法，由于細(xì)胞間生長(zhǎng)速度的不同，易導(dǎo)致微生物此消彼長(zhǎng)、效率受損。近日，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室余子夷教授團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種控制微生物時(shí)空布局的新策略，該策略通過制備新型的超分子水凝膠材料作為載體，利用3D打印的方式將微生物與其進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微生物細(xì)胞的空間控制，能最大化提高生物過程的效率。相關(guān)成果發(fā)表在知名期刊《Small》上。
“自然界的微生物菌群往往通過互相協(xié)作共生，利用這一特點(diǎn)，我們可以開發(fā)人工多細(xì)胞體系進(jìn)行生物制造。但是，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況中，如果僅僅將兩種微生物生硬地放在一起，它們會(huì)‘互掐’，造成此消彼長(zhǎng)。為了防止這種情況的發(fā)生，我們就想能不能給它們建一個(gè)‘房子’，不僅可讓它們安分地待在自己的‘房間’，還能相互協(xié)作完成工作。”余子夷介紹道，課題組想到了3D打印的方法，“3D打印可以將它們安放在固定的位置，同時(shí)還能擴(kuò)大它們接觸的比表面積，提升生物催化反應(yīng)效率。”
為了生成可打印的基質(zhì)，課題組開發(fā)了一種新型的超分子水凝膠材料，這種材料以功能化的透明質(zhì)酸和葫蘆脲為主體構(gòu)成。超分子水凝膠材料不僅適合于微生物固定和生長(zhǎng)，而且還可以用作生物墨水進(jìn)行3D打印。“這類水凝膠與牙膏類似，微生物待在特殊的‘牙膏’里面，3D打印裝備可以把‘牙膏’擠出來形成預(yù)先設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)，用于制備細(xì)胞分布均勻和可定位的3D結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很高的維持性和菌株的固定性。”余子夷表示，研究表明，3D晶格中的微生物可以在發(fā)酵和生物修復(fù)過程中保持較高的細(xì)胞活力和代謝活性。
據(jù)悉，該活體材料的催化效率與使用單一微生物、兩種微生物單純混合相比，分別提高了80%和50%。該研究不僅可以用于強(qiáng)化微生物的生物催化能力，還可以應(yīng)用于菌—藻共生體系吸收二氧化碳，用于提高微生物的固碳水平。
2022年2月9日《科技日?qǐng)?bào)》第6版：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2022-02/09/content_530106.htm?div=-1
