新方法让细菌变身纤维素“工厂”

2024-08-14 08:53 由科技日报发表于 #健康

科技日报北京8月13日电（记者张梦然）据瑞士苏黎世联邦理工学院官网报道，该校团队提出了一种利用细菌生产纤维素的新方法。这种方法遵循自然选择的进化机制，使科学家能快速培育出数以万计的细菌变种，从中选出能产生最多纤维素的菌株。

科学家一直在尝试将微生物变成活体“生产工厂”，以便能更快速地生产大量所需产品。这需要对细菌基因组进行有针对性的改造，或培养最合适的细菌菌株。

醋酸菌K.sucrofermentans能产生高纯度纤维素。纤维素材料有助于伤口愈合并预防感染，在生物医学应用、包装材料和纺织品中需求量很大。然而，野生型的这种细菌生长缓慢，产生的纤维素数量有限，因此必须找到一种方法来提高产量。

研究团队利用新方法成功培育出几种醋酸菌变种，这些变种产生的纤维素比原始菌株多出70%。

团队首先用紫外光照射细菌细胞，随机破坏细菌DNA中的位点。然后，他们将细菌放在暗室，以防止DNA损伤修复，从而诱发突变。他们使用微型仪器将每个细菌细胞封装在一小滴营养液中，并让细胞在特定时间内产生纤维素。孵化期结束后，使用荧光显微镜分析哪些细菌细胞产生的纤维素最多，哪些细菌细胞没有产生或产生的纤维素很少。

借助新开发的分选系统，团队自动分选出那些进化出能产生大量纤维素的细菌细胞。该分选系统完全自动化，速度非常快，只需几分钟就能用激光扫描50万个液滴，并分选出纤维素含量最多的液滴。最终筛选出4个菌株，它们的纤维素产量比野生型高出50%—70%。

进化的醋酸菌细胞可在玻璃瓶中空气和水的交界处生长，并产生纤维素垫。这种垫的自然重量在2—3毫克之间，厚度约为1.5毫米。进化变种产生的纤维素垫重量和厚度几乎是野生型的两倍。

团队下一步将在实际工业条件下测试这种新的微生物。

纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。醋酸菌的有些菌株就能合成纤维素，不过，自然条件下的合成速度太慢，不能满足人类需求。此次团队模仿“自然选择法”，留下能产生大量纤维素的细胞，剔除“偷懒耍滑”的细胞，帮助醋酸菌细胞实现“进化”。新开发的分选系统发挥了重要作用，它能一眼就“认出”谁是生产纤维素的“优秀员工”。接下来，科研人员要进一步验证，这种进化后的醋酸菌能否在工业生产中起到增产增收的作用。