总编辑圈点 | 遵循自然选择进化机制筛选高产变种,新方法让细菌变身纤维素“工厂”

2024-08-14 01:35:00 来源: 科技日报 点击数:

科技日报记者 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。这种方法利用自然选择的进化原理,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。

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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。

责任编辑:常丽君

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