19. december 2023 (Nanowerk Spotlight) Genetisk manipulerede mikrober har et forbløffende potentiale som levende fabrikker, diagnostiske værktøjer, miljørensemidler og mere. Alligevel forbliver disse organismer trods alt deres løfte stort set begrænset til omhyggeligt kontrollerede laboratoriemiljøer, ude af stand til at trives midt i de varierende forhold i naturlige og industrielle levesteder. Skrøbeligheden af konstruerede celler har alvorligt begrænset deres virkninger i den virkelige verden på tværs af fremstilling, sundhedspleje, bæredygtighed og rumudforskning, hvor mikrobielle løsninger kan drive enorme fremskridt. Nu giver et genialt biohybridmateriale udviklet af forskere ved fremtrædende kinesiske institutioner endelig et middel til solidt at indkapsle modificerede mikrober til beskyttet transport og selektiv frigivelse. Deres såkaldte "levende frø" integrerer hårdføre bakteriesporer inde i beskyttende skaller bygget af metalorganiske rammer, en meget tilpasningsdygtig klasse af krystallinske porøse materialer. Disse specialiserede fartøjer beskytter designermikrober mod miljøangreb, giver præcis kontrol over organismeudbredelse og kan lancere en ny æra, hvor genetisk forbedrede mikrober rejser frem for at omforme virkeligheden. Forskerne publicerede deres resultater i Advanced Materials ("Levende frømaterialer lavet af metal-organisk rammeindkapslet Bacillus Subtilis Spore”). Ved at indkapsle genetisk modificerede Bacillus subtilis sporer indeni metal-organisk ramme (MOF)-skaller skabte forskerne "levende frø"-partikler, der beskytter mikrober under fjendtlige forhold, mens de tillader kontrolleret frigivelse til vækstmedier. Dette gennembrud tackler en langvarig barriere for teknologier med genetisk modificerede organismer (GMO), som har tendens til at fungere godt i laboratoriet, men som kæmper i uforudsigelige miljøer i den virkelige verden.
Et skema, der viser designet af levende frømaterialer inspireret af væksten af et kæmpe træ fra et plantefrø. a) Livscyklussen for et plantefrø af et naturligt materiale; endospermen af angiosperm planter danner en kerne-skal struktur af kerne, der omgiver en nøddeskal under frøudvikling. I ønskværdige næringsrige miljøer kan frøet vokse til et kæmpe træ. b) Med inspiration fra et plantefrø foreslås udvikling af MOF-indkapslet spore som levende frømateriale. Sporerne fra konstruerede bakterier kan indkapsles i en ZIF-8 kerne-skal struktur. Når først det er fremstillet, kan dette levende frømateriale reagere på specifikke miljøforhold og frigive sporerne, som så til sidst spirer til funktionelle levende bakterier med foruddesignede funktioner. (Genoptrykt med tilladelse af Wiley-VCH Verlag) Inspirationen til de levende frø kom fra naturen. Plantefrø indeholder beskyttende ydre belægninger, der beskytter embryovæv mod stress som tørke og UV-stråling, indtil betingelserne bliver modne til spiring. Forskerne havde til formål at genskabe denne adaptive mekanisme ved hjælp af MOF'er, en meget tilpasselig klasse af porøse materialer dannet af metalknuder, der er brokoblet af organiske linkermolekyler.
MOF'er besidder nyttige egenskaber som højt overfladeareal, strukturel integritet og miljømæssig reaktionsevne. Disse egenskaber gjorde MOFs attraktive kar til at huse gensplejsede B. subtilis-sporer med avancerede funktioner programmeret ind i deres DNA. B. subtilis-sporer blev udvalgt på grund af deres hårdførhed og evne til at genoplive som vegetative bakterier, når de fik næring. Ved at udtrykke fluorescerende reporterproteiner i sporerne kunne holdet visuelt spore spore-til-bakterie-overgange.
Den levende frøproduktionsproces indebar suspendering af sporer og metalioner i små vanddråber, emulgering af den vandige fase i olie og derefter udfældning af en porøs ZIF-8 MOF-skal omkring hver dråbe. Dette gav ensartede, hule mikrosfærer med sporer indeholdt i det indre hulrum. Kuglerne beskyttede indre sporer under hårde behandlinger som høj varme, oxidativ blegemiddel og UV-bestråling, der ødelagde uafskærmede sporer. ZIF-8-nedbrydningshastigheder afhang af omgivende medier, hvilket muliggjorde kontrolleret næringsudløst sporefrigivelse.
Frigivne sporer modnedes med succes til funktionelt konstruerede bakterier, når de blev inkuberet i vækstmedier. Som demonstrationer forberedte forskerne levende frø, der huser B. subtilis designet til at fornemme kemikalierne IPTG og cuminsyre. Efter udgivelsen genvandt bakterier respons på målkemikalier ved følsomhedstærskler, der kan sammenlignes med ikke-indkapslede modparter.
Sådan miljøstyret bevarelse og genoplivning af konstruerede mikrober rummer spændende muligheder for mikrobielle teknologier, der i øjeblikket er begrænset til kontrollerede omgivelser som fabrikker og laboratorier. Ved at give øget modstandskraft kan levende frøfartøjer tillade funktionelle GMO'er at udfylde roller i uforudsigelige lokaliteter såsom det menneskelige mave-tarmsystem, forurenede vandforsyninger og endda udenjordisk terræn, hvis sporefyldte rumfartøjer når andre verdener. Derudover bør konceptet med levende frø generalisere til andre mikroorganismetyper, der kan ændres til genetisk modifikation og sporulering.
Forskningen repræsenterer et banebrydende ægteskab mellem syntetisk biologi og materialevidenskab. Levende frø-platforme er til gavn for nye anvendelser af konstruerede mikrober på tværs af fremstilling, terapi, miljøledelse og rumudforskningsdomæner. Som hovedforfatter Dr.
– Michael er forfatter til tre bøger af Royal Society of Chemistry:
Nanosamfund: At flytte teknologiens grænser,
Nanoteknologi: Fremtiden er lilleog
Nanoengineering: De færdigheder og værktøjer, der gør teknologi usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bliv en Spotlight-gæsteforfatter! Slut dig til vores store og voksende gruppe af gæstebidragydere. Har du lige udgivet en videnskabelig artikel eller har du andre spændende udviklinger at dele med nanoteknologisamfundet? Sådan udgiver du på nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64280.php
- :har
- :er
- :hvor
- 1
- 10
- 11
- 13
- 19
- 31
- 32
- 7
- 8
- 9
- a
- evne
- tværs
- adaptive
- Yderligere
- Derudover
- fremskreden
- Rettet
- Alle
- tillade
- Midt
- an
- ,
- applikationer
- OMRÅDE
- omkring
- AS
- At
- attraktivt
- forfatter
- b
- Bakterier
- barriere
- BE
- bliver
- før
- gavner det dig
- Berger
- Beyond
- biologi
- blank
- Bøger
- grænser
- gennembrud
- brokoblet
- bygget
- men
- by
- kom
- CAN
- omhyggeligt
- Celler
- center
- karakteristika
- kemikalier
- kemi
- kinesisk
- klasse
- samfund
- sammenlignelig
- undfanget
- Konceptet
- konkluderer
- betingelser
- indeholder
- indeholdt
- kontrol
- kontrolleret
- kunne
- modparter
- oprettet
- tilpasses
- cyklus
- Dato
- implementering
- Design
- konstrueret
- Designer
- designs
- destinationer
- ødelagt
- udviklet
- Udvikling
- udvikling
- diagnostisk
- forskelligartede
- dna
- domæne
- Domæner
- dr
- køre
- Tørke
- grund
- i løbet af
- hver
- smergel
- muliggøre
- muliggør
- indkapslet
- tilskynder
- manipuleret
- forbedret
- miljømæssige
- miljømæssigt
- miljøer
- Era
- Endog
- til sidst
- spændende
- Udgang
- ekspanderende
- udforskning
- fabrikker
- Funktionalitet
- Endelig
- fund
- Til
- dannet
- formularer
- frem
- skrøbelighed
- rammer
- fra
- Opfylde
- funktionel
- funktioner
- yderligere
- fremtiden
- genetiske
- kæmpe
- gif
- indrømme
- tildeling
- gruppe
- Grow
- Dyrkning
- Vækst
- Gæst
- Have
- sundhedspleje
- herolder
- Høj
- stærkt
- hold
- besidder
- boliger
- Hvordan
- How To
- HTTPS
- menneskelig
- if
- billede
- enorme
- KIMOs Succeshistorier
- in
- inkuberet
- industrielle
- innovativ
- indvendig
- Inspiration
- inspirerede
- institutioner
- integrere
- integritet
- interiør
- interne
- ind
- IT
- deltage
- rejse
- jpg
- lige
- lab
- laboratorium
- Labs
- stor
- vid udstrækning
- lancere
- føre
- Livet
- ligesom
- Limited
- levende
- logo
- mangeårige
- lavet
- Making
- ledelse
- Produktion
- materiale
- materialer
- Matter
- midler
- mekanisme
- Medier
- medicin
- metal
- Michael
- Mellemøsten
- modificeret
- Desuden
- navn
- nanoteknologi
- Natural
- Natur
- Ny
- noder
- nu
- Nøddeskal
- of
- Olie
- on
- engang
- kun
- or
- organisk
- Andet
- vores
- i løbet af
- oxidative
- Papir
- udføre
- tilladelse
- fase
- PHP
- anlæg
- planter
- Platforme
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- have
- muligheder
- potentiale
- brug
- forberedt
- i øjeblikket
- bevarelse
- behandle
- produktion
- programmerede
- Progress
- fremtrædende
- løfte
- egenskaber
- foreslog
- beskytte
- beskyttet
- Beskyttende
- Proteiner
- giver
- offentliggøre
- offentliggjort
- forlægger
- Pushing
- Stråling
- priser
- nå
- virkelige verden
- Reality
- frigive
- frigivet
- forblive
- reporter
- repræsenterer
- forskning
- forskere
- omforme
- modstandskraft
- Svar
- roller
- Royal
- Videnskab
- videnskabelig
- frø
- frø
- synes
- valgt
- selektiv
- forstand
- Følsomhed
- indstillinger
- alvorligt
- Del
- Shell
- Shield
- bør
- viser
- færdigheder
- Samfund
- Løsninger
- Space
- rumforskning
- rumfartøjer
- specialiserede
- specifikke
- Spotlight
- stå
- strukturel
- struktur
- Kamp
- Succesfuld
- sådan
- forsyninger
- overflade
- Omkringliggende
- Bæredygtighed
- syntetisk
- systemet
- Taklinger
- tager
- mål
- hold
- Teknologier
- Teknologier
- tendens
- at
- Fremtiden
- deres
- derefter
- terapi
- Disse
- denne
- tre
- Trives
- tid
- væv
- til
- værktøjer
- spor
- overgange
- transportere
- behandlinger
- træ
- typer
- ude af stand
- uforudsigelige
- indtil
- opdateringer
- URL
- ved brug af
- variabel
- fartøjer
- visuelt
- Vand
- GODT
- var
- hvornår
- som
- mens
- med
- Verdens
- endnu
- gav efter
- dig
- Din
- zephyrnet
- Zhong