19 december 2023 (Nanowerk-schijnwerper) Genetisch gemanipuleerde microben hebben een verbazingwekkend potentieel als levende fabrieken, diagnostische hulpmiddelen, milieureinigers en meer. Maar ondanks al hun beloftes blijven deze organismen grotendeels beperkt tot zorgvuldig gecontroleerde laboratoriumomgevingen, niet in staat om te gedijen te midden van de wisselende omstandigheden van natuurlijke en industriële habitats. De kwetsbaarheid van gemanipuleerde cellen heeft hun impact in de echte wereld op het gebied van productie, gezondheidszorg, duurzaamheid en ruimteverkenning ernstig beperkt, waar microbiële oplossingen voor enorme vooruitgang zouden kunnen zorgen. Nu biedt een ingenieus biohybride materiaal ontwikkeld door onderzoekers van vooraanstaande Chinese instellingen eindelijk een manier om gemodificeerde microben stevig in te kapselen voor beschut transport en selectieve vrijgave. Hun zogenaamde ‘levende zaden’ integreren sterke bacteriesporen in beschermende omhulsels die zijn opgebouwd uit metaal-organische raamwerken, een zeer aanpasbare klasse van kristallijne poreuze materialen. Deze gespecialiseerde schepen beschermen designermicroben tegen aanvallen van buitenaf, geven nauwkeurige controle over de inzet van organismen en zouden een nieuw tijdperk kunnen inluiden waarin genetisch verbeterde microben op pad gaan om de werkelijkheid opnieuw vorm te geven. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in Geavanceerde materialen (“Living Seed Materials Made by Metal–Organic Framework-Encapsulated Bacillus Subtilis Spore”). Door genetisch gemodificeerd in te kapselen Bacillus subtilis sporen binnen metaal-organisch raamwerk (MOF)-schelpen creëerden de onderzoekers ‘levende zaad’-deeltjes die microben beschermen in vijandige omstandigheden, terwijl ze gecontroleerde afgifte in groeimedia mogelijk maken. Deze doorbraak pakt een al lang bestaande barrière aan voor technologieën voor genetisch gemodificeerde organismen (GMO), die doorgaans goed presteren in het laboratorium, maar moeite hebben in onvoorspelbare reële omgevingen.
Een schematische weergave van het ontwerp van levend zaadmateriaal, geïnspireerd op de groei van een gigantische boom uit een plantenzaadje. a) De levenscyclus van een plantenzaadje van natuurlijk materiaal; het endosperm van angiospermplanten vormt tijdens de zaadontwikkeling een kern-schilstructuur van de pit die een notendop omringt. In wenselijke, voedselrijke omgevingen kan het zaad uitgroeien tot een gigantische boom. b) Geïnspireerd door een plantenzaad wordt de ontwikkeling van MOF-ingekapselde sporen als levend zaadmateriaal voorgesteld. De sporen van gemanipuleerde bacteriën kunnen worden ingekapseld in een ZIF-8 kern-schilstructuur. Eenmaal vervaardigd kan dit levende zaadmateriaal reageren op specifieke omgevingsomstandigheden en de sporen vrijgeven, die vervolgens uiteindelijk ontkiemen tot functionele levende bacteriën met vooraf ontworpen kenmerken. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag) De inspiratie voor de levende zaden kwam uit de natuur. Plantenzaden bevatten beschermende buitenste lagen die embryoweefsel beschermen tegen stress zoals droogte en UV-straling totdat de omstandigheden rijp worden voor ontkieming. De onderzoekers probeerden dit adaptieve mechanisme na te bootsen met behulp van MOF's, een zeer aanpasbare klasse van poreuze materialen gevormd uit metalen knooppunten die worden overbrugd door organische linkermoleculen.
MOF's bezitten nuttige eigenschappen zoals een groot oppervlak, structurele integriteit en reactievermogen op het milieu. Deze kenmerken maakten MOF's aantrekkelijke schepen voor het huisvesten van genetisch gemanipuleerde B. subtilis-sporen met geavanceerde functies geprogrammeerd in hun DNA. B. subtilis-sporen werden geselecteerd vanwege hun winterhardheid en hun vermogen om te reanimeren als vegetatieve bacteriën wanneer ze worden gevoed. Door fluorescerende reportereiwitten in de sporen tot expressie te brengen, kon het team de overgangen van sporen naar bacteriën visueel volgen.
Het productieproces van levend zaad omvatte het suspenderen van sporen en metaalionen in kleine waterdruppeltjes, het emulgeren van de waterfase in olie en het neerslaan van een poreuze ZIF-8 MOF-schil rond elke druppel. Dit leverde uniforme, holle microbolletjes op met sporen in de lege binnenruimte. De bollen beschermden de interne sporen tijdens zware behandelingen zoals hoge temperaturen, oxidatief bleekmiddel en UV-straling die niet-afgeschermde sporen vernietigden. De afbraaksnelheden van ZIF-8 waren afhankelijk van de omringende media, waardoor gecontroleerde, door voedingsstoffen geactiveerde sporenafgifte mogelijk was.
Vrijgegeven sporen rijpten met succes uit tot functionele, gemanipuleerde bacteriën wanneer ze in groeimedia werden geïncubeerd. Als demonstratie bereidden de onderzoekers levende zaden voor die B. subtilis ontworpen om de chemicaliën IPTG en komijnzuur te detecteren. Na de introductie herwonnen de bacteriën hun reactievermogen op doelchemicaliën bij gevoeligheidsdrempels die vergelijkbaar zijn met die van niet-ingekapselde tegenhangers.
Een dergelijk door de omgeving gecontroleerd behoud en herstel van kunstmatige microben biedt opwindende mogelijkheden voor microbiële technologieën die momenteel beperkt blijven tot gecontroleerde omgevingen zoals fabrieken en laboratoria. Door het bieden van grotere veerkracht kunnen levende zaadvaten functionele GGO's in staat stellen een rol te vervullen op onvoorspelbare locaties zoals het menselijke maag-darmstelsel, vervuilde watervoorraden en zelfs buitenaards terrein als met sporen beladen ruimtevaartuigen andere werelden bereiken. Bovendien zou het concept van levend zaad moeten worden gegeneraliseerd naar andere typen micro-organismen die kunnen worden aangepast aan genetische modificatie en sporulatie.
Het onderzoek vertegenwoordigt een baanbrekend huwelijk tussen synthetische biologie en materiaalkunde. Levende zaadplatforms kunnen profiteren van opkomende toepassingen van kunstmatige microben op het gebied van productie, therapieën, milieubeheer en ruimteverkenning. Zoals hoofdauteur Dr.
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64280.php
- : heeft
- :is
- :waar
- 1
- 10
- 11
- 13
- 19
- 31
- 32
- 7
- 8
- 9
- a
- vermogen
- over
- adaptieve
- Extra
- Daarnaast
- vergevorderd
- Gericht
- Alles
- Het toestaan
- Te midden van
- an
- en
- toepassingen
- GEBIED
- rond
- AS
- At
- aantrekkelijk
- auteur
- b
- Bacterie
- barrière
- BE
- worden
- vaardigheden
- voordeel
- Berger
- Verder
- biologie
- blanco
- Boeken
- grenzen
- doorbraak
- overbrugd
- bebouwd
- maar
- by
- kwam
- CAN
- voorzichtig
- Cellen
- Centreren
- kenmerken
- chemicaliën
- chemie
- Chinese
- klasse
- gemeenschap
- vergelijkbaar
- bedacht
- concept
- concludeert
- voorwaarden
- bevatten
- bevatte
- onder controle te houden
- gecontroleerd
- kon
- tegenhangers
- aangemaakt
- aanpasbare
- cyclus
- Datum
- inzet
- Design
- ontworpen
- leesmaatjes
- ontwerpen
- bestemmingen
- vernietigd
- ontwikkelde
- Ontwikkeling
- ontwikkelingen
- diagnostisch
- diversen
- dna
- domein
- domeinen
- dr
- rit
- Droogte
- twee
- gedurende
- elk
- opkomende
- in staat stellen
- waardoor
- ingekapseld
- moedigt
- ontworpen
- verbeterde
- milieu
- milieuvriendelijke
- omgevingen
- Tijdperk
- Zelfs
- uiteindelijk
- opwindend
- afrit
- uit te breiden
- exploratie
- fabrieken
- Voordelen
- Tot slot
- bevindingen
- Voor
- gevormd
- formulieren
- voort
- breekbaarheid
- frameworks
- oppompen van
- vervullen
- functioneel
- functies
- verder
- toekomst
- genetisch
- reus
- gif
- toe te kennen
- toekenning
- Groep
- Groeien
- Groeiend
- Gast
- Hebben
- gezondheidszorg
- herauten
- Hoge
- zeer
- houden
- houdt
- behuizing
- Hoe
- How To
- HTTPS
- menselijk
- if
- beeld
- onmetelijk
- Impact
- in
- geïncubeerd
- industrieel
- innovatieve
- binnen
- Inspiratie
- geinspireerd
- instellingen
- integreren
- integriteit
- interieur
- intern
- in
- IT
- mee
- jpg
- voor slechts
- laboratorium
- laboratorium
- Labs
- Groot
- grotendeels
- lancering
- leiden
- Life
- als
- Beperkt
- leven
- logo
- longstanding
- gemaakt
- maken
- management
- productie
- materiaal
- materieel
- Materie
- middel
- mechanisme
- Media
- geneeskunde
- metaal
- Michael
- Midden
- gewijzigd
- Bovendien
- naam
- nanotechnologie
- Naturel
- NATUUR
- New
- knooppunten
- nu
- Notedop
- of
- Olie
- on
- eens
- Slechts
- or
- organisch
- Overige
- onze
- over
- oxidatieve
- Papier
- uitvoeren
- toestemming
- fase
- PHP
- plant
- planten
- platforms
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- bezitten
- mogelijkheden
- potentieel
- nauwkeurig
- bereid
- dadelijk
- behoud
- productie
- geprogrammeerde
- Voortgang
- vooraanstaand
- belofte
- vastgoed
- voorgestelde
- beschermen
- beschermd
- Beschermend
- Eiwitten
- biedt
- publiceren
- gepubliceerde
- uitgever
- voortvarend
- Bestraling
- Tarieven
- bereiken
- echte wereld
- Realiteit
- los
- uitgebracht
- blijven
- verslaggever
- vertegenwoordigt
- onderzoek
- onderzoekers
- hervormen
- veerkracht
- Reageren
- rollen
- koninklijk
- Wetenschap
- wetenschappelijk
- zaad
- zaden
- lijkt
- gekozen
- selectief
- zin
- Gevoeligheid
- settings
- streng
- Delen
- Shell
- Schild
- moet
- tonen
- vaardigheden
- Maatschappij
- Oplossingen
- Tussenruimte
- ruimteonderzoek
- ruimtevaartuig
- gespecialiseerde
- specifiek
- Spotlight
- staan
- structureel
- structuur
- Met goed gevolg
- dergelijk
- supplies
- Oppervlak
- nabijgelegen
- Duurzaamheid
- synthetisch
- system
- Pakt aan
- het nemen
- doelwit
- team
- Technologies
- Technologie
- Neiging
- dat
- De
- De toekomst
- hun
- harte
- therapie
- Deze
- dit
- drie
- Thrive
- niet de tijd of
- weefsels
- naar
- tools
- spoor
- overgangen
- vervoeren
- behandelingen
- boom
- types
- niet in staat
- onvoorspelbaar
- tot
- updates
- URL
- gebruik
- variabele
- schepen
- visueel
- Water
- GOED
- waren
- wanneer
- welke
- en
- Met
- s werelds
- nog
- opgeleverd
- u
- Your
- zephyrnet
- Zhong