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遵循自然選擇進化機制篩選高產變種

新方法讓細菌變身纖維素“工廠”

信息來源:科技日報更新時間:2024-08-14

據瑞士蘇黎世聯邦理工學院官網報道,該校團隊提出了一種利用細菌生產纖維素的新方法。這種方法遵循自然選擇的進化機制,使科學家能快速培育出數以萬計的細菌變種,從中選出能產生最多纖維素的菌株。

科學家一直在嘗試將微生物變成活體“生產工廠”,以便能更快速地生產大量所需產品。這需要對細菌基因組進行有針對性的改造,或培養最合適的細菌菌株。

醋酸菌K.sucrofermentans能產生高純度纖維素。纖維素材料有助于傷口愈合并預防感染,在生物醫學應用、包裝材料和紡織品中需求量很大。然而,野生型的這種細菌生長緩慢,產生的纖維素數量有限,因此必須找到一種方法來提高產量。

研究團隊利用新方法成功培育出幾種醋酸菌變種,這些變種產生的纖維素比原始菌株多出70%。

團隊首先用紫外光照射細菌細胞,隨機破壞細菌DNA中的位點。然后,他們將細菌放在暗室,以防止DNA損傷修復,從而誘發突變。他們使用微型儀器將每個細菌細胞封裝在一小滴營養液中,并讓細胞在特定時間內產生纖維素。孵化期結束后,使用熒光顯微鏡分析哪些細菌細胞產生的纖維素最多,哪些細菌細胞沒有產生或產生的纖維素很少。

借助新開發的分選系統,團隊自動分選出那些進化出能產生大量纖維素的細菌細胞。該分選系統完全自動化,速度非??欤恍鑾追昼娋湍苡眉す鈷呙?0萬個液滴,并分選出纖維素含量最多的液滴。最終篩選出4個菌株,它們的纖維素產量比野生型高出50%—70%。

進化的醋酸菌細胞可在玻璃瓶中空氣和水的交界處生長,并產生纖維素墊。這種墊的自然重量在2—3毫克之間,厚度約為1.5毫米。進化變種產生的纖維素墊重量和厚度幾乎是野生型的兩倍。

團隊下一步將在實際工業條件下測試這種新的微生物。

【總編輯圈點】

纖維素是自然界分布最廣、含量最多的一種多糖。醋酸菌的有些菌株就能合成纖維素,不過,自然條件下的合成速度太慢,不能滿足人類需求。此次團隊模仿“自然選擇法”,留下能產生大量纖維素的細胞,剔除“偷懶?;钡募毎瑤椭姿峋毎麑崿F“進化”。新開發的分選系統發揮了重要作用,它能一眼就“認出”誰是生產纖維素的“優秀員工”。接下來,科研人員要進一步驗證,這種進化后的醋酸菌能否在工業生產中起到增產增收的作用。

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