伯明翰大学：促进生物膜形成和提高生物催化效率的新方法

伯明翰的科学家们在今天发表在 Materials Horizo ns 上的一篇论文中揭示了一种提高生物催化效率的新方法。

生物催化使用酶、细胞或微生物来催化化学反应，并用于食品和化学工业等环境中，以制造化学合成无法获得的产品。它可以以工业规模生产药品、精细化学品或食品配料。

然而，生物催化的一个主要挑战是最常用的微生物，如益生菌和大肠杆菌的非致病菌株，不一定擅长形成生物膜，即在微生物群落周围形成保护性微环境的生长促进生态系统和提高他们的应变能力，从而提高生产力。

这个问题通常可以通过基因工程解决，但来自该大学化学工程学院的研究人员 Tim Overton 博士和化学学院的 Francisco Fernández Trillo 博士，他们都是微生物学和感染研究所的成员，他们开始着手创造一种替代方法来绕过这个昂贵且耗时的过程。

研究人员确定了一个合成聚合物库，并筛选了它们在大肠杆菌中诱导生物膜形成的能力，大肠杆菌是一种研究最广泛的微生物，通常用于生物催化。

该筛选使用了一种大肠杆菌菌株（MC4100），该菌株在基础科学中广泛用于研究基因和蛋白质，并且已知在形成生物膜方面很差，并将其与另一种大肠杆菌菌株 PHL644 进行比较，这是一种通过获得的等基因菌株进化是一种良好的生物膜形成剂。

该筛选揭示了最适合刺激生物膜形成的化学物质。疏水聚合物的性能优于温和的阳离子聚合物，芳香族和杂芳族衍生物的性能远优于等效的脂肪族聚合物。

研究人员随后监测了在这些聚合物的存在下培养的两种菌株的生物量和生物催化活性，发现 MC4100 与 PHL644 匹配甚至优于 PHL644。

进一步的研究检查了聚合物如何刺激这些活性的显着增加。在这里，研究表明聚合物在溶液中沉淀，并充当凝结剂，刺激称为絮凝的自然过程，触发细菌形成生物膜。

Fernandez-Trillo 博士说：“我们探索了广阔的化学空间，并确定了性能最好的化学物质和聚合物，它们可以提高生物技术中的主力大肠杆菌的生物催化活性。这导致了一个小型合成聚合物库，可以增加生物膜“当用作微生物培养的简单添加剂时形成。据我们所知，目前没有任何方法可以在促进有益细菌的生物膜时提供这种简单性和多功能性。”

“这些合成聚合物可能会绕过通过基因编辑引入生物膜形成特征的需要，这是昂贵、耗时、不可逆的，并且需要微生物学技术人员来实施。我们相信这种方法的影响超出了生物膜用于生物催化。类似的策略可用于识别其他微生物（如益生菌或酵母）的候选聚合物，并在食品科学、农业、生物修复或健康方面开发新的应用。

伯明翰大学企业已为该方法和聚合物添加剂提交了专利申请，目前正在寻求商业合作伙伴的许可。