19. desember 2023 (Nanowerk Spotlight) Genetisk konstruerte mikrober har et forbløffende potensiale som levende fabrikker, diagnostiske verktøy, miljørensemidler og mer. Likevel forblir disse organismene stort sett begrenset til nøye kontrollerte laboratoriemiljøer, til tross for alt de lover, og de er ikke i stand til å trives blant de varierende forholdene i naturlige og industrielle habitater. Skjørheten til konstruerte celler har sterkt begrenset deres virkelige påvirkning på tvers av produksjon, helsevesen, bærekraft og romutforskning, hvor mikrobielle løsninger kan drive enorm fremgang.
Nå gir et genialt biohybridmateriale utviklet av forskere ved fremtredende kinesiske institusjoner endelig et middel til å solid innkapsle modifiserte mikrober for skjermet transport og selektiv frigjøring. Deres såkalte "levende frø" integrerer hardføre bakteriesporer inne i beskyttende skall bygget av metallorganiske rammer, en svært tilpasningsdyktig klasse av krystallinske porøse materialer. Disse spesialiserte fartøyene beskytter designermikrober fra miljøangrep, gir presis kontroll over utplassering av organismer og kan lansere en ny æra der genetisk forbedrede mikrober reiser frem for å omforme virkeligheten.
Forskerne publiserte funnene sine i Advanced Materials (“Living Seed Materials Made by Metal–Organic Framework-Encapsulated Bacillus Subtilis Spore”).
Ved å kapsle inn genmodifisert Bacillus subtilis sporer inni metallorganisk ramme (MOF) skjell, skapte forskerne "levende frø"-partikler som beskytter mikrober under fiendtlige forhold samtidig som de tillater kontrollert frigjøring til vekstmedier. Dette gjennombruddet takler en langvarig barriere for teknologier for genetisk modifiserte organismer (GMO), som har en tendens til å fungere godt i laboratoriet, men som sliter i uforutsigbare miljøer i den virkelige verden.
Et skjema som viser utformingen av levende frømaterialer inspirert av veksten av et gigantisk tre fra et plantefrø. a) Livssyklusen til et plantefrø av et naturlig materiale; endospermen til angiospermplanter danner en kjerne-skallstruktur av kjerne som omgir et nøtteskall under frøutvikling. I ønskelige næringsrike miljøer kan frøet vokse til et gigantisk tre. b) Med inspirasjon fra et plantefrø foreslås utvikling av MOF-innkapslet spore som levende frømateriale. Sporene til konstruerte bakterier kan kapsles inn i en ZIF-8 kjerne-skallstruktur. Når det er fremstilt, kan dette levende frømaterialet reagere på spesifikke miljøforhold og frigjøre sporene, som deretter til slutt spirer til funksjonelle levende bakterier med forhåndsdesignede egenskaper. (Oppgitt med tillatelse av Wiley-VCH Verlag)
Inspirasjonen til de levende frøene kom fra naturen. Plantefrø inneholder beskyttende ytre belegg som beskytter embryovev mot påkjenninger som tørke og UV-stråling til forholdene blir modne for spiring. Forskerne hadde som mål å gjenskape denne adaptive mekanismen ved å bruke MOF-er, en svært tilpassbar klasse av porøse materialer dannet av metallnoder brokoblet av organiske linkermolekyler.
MOF-er har nyttige egenskaper som høyt overflateareal, strukturell integritet og miljørespons. Disse egenskapene gjorde MOFs attraktive fartøyer for å huse genmanipulert B. subtilis-sporer med avanserte funksjoner programmert inn i deres DNA. B. subtilis-sporer ble valgt på grunn av deres hardførhet og evne til å gjenopplive som vegetative bakterier når de fikk næring. Ved å uttrykke fluorescerende reporterproteiner i sporene, kunne teamet visuelt spore spore-til-bakterie-overganger.
Produksjonsprosessen for levende frø innebar å suspendere sporer og metallioner i små vanndråper, emulgere den vandige fasen i olje, og deretter utfelle et porøst ZIF-8 MOF-skall rundt hver dråpe. Dette ga ensartede, hule mikrosfærer med sporer inneholdt i det indre tomrommet. Kulene beskyttet indre sporer under harde behandlinger som høy varme, oksidativt blekemiddel og UV-bestråling som ødela uskjermede sporer. ZIF-8 nedbrytningshastigheter var avhengig av omkringliggende medier, noe som muliggjorde kontrollert næringsutløst sporefrigjøring.
Frigjorte sporer modnet vellykket til funksjonelle konstruerte bakterier når de ble inkubert i vekstmedier. Som demonstrasjoner forberedte forskerne levende frø som huser B. subtilis designet for å føle kjemikaliene IPTG og cuminsyre. Etter frigjøring gjenvant bakterier respons på målkjemikalier ved sensitivitetsterskler som kan sammenlignes med ikke-innkapslede motparter.
Slik miljøkontrollert bevaring og gjenoppliving av konstruerte mikrober har spennende muligheter for mikrobielle teknologier som for tiden er begrenset til kontrollerte omgivelser som fabrikker og laboratorier. Ved å gi økt motstandskraft, kan levende frøkar tillate funksjonelle GMOer å fylle roller i uforutsigbare lokaliteter som det menneskelige mage-tarmsystemet, forurensede vannforsyninger og til og med utenomjordisk terreng hvis sporefylte romfartøy når andre verdener. I tillegg bør det levende frøkonseptet generaliseres til andre mikroorganismetyper som kan endres til genetisk modifikasjon og sporulering.
Forskningen representerer et banebrytende ekteskap mellom syntetisk biologi og materialvitenskap. Levende frøplattformer vil være til nytte for nye anvendelser av konstruerte mikrober på tvers av produksjons-, terapi-, miljøledelse- og romutforskningsdomener. Som hovedforfatter Dr.
– Michael er forfatter av tre bøker av Royal Society of Chemistry:
Nano-samfunnet: Skyver teknologiens grenser,
Nanoteknologi: Fremtiden er litenog
Nanoengineering: Ferdighetene og verktøyene som gjør teknologien usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gjesteforfatter! Bli med i vår store og voksende gruppe gjestebidragere. Har du nettopp publisert en vitenskapelig artikkel eller har andre spennende utvikling å dele med nanoteknologisamfunnet? Slik publiserer du på nanowerk.com.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang 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
- tvers
- adaptive
- Ytterligere
- I tillegg
- avansert
- sikte
- Alle
- tillate
- Amid
- an
- og
- søknader
- AREA
- rundt
- AS
- At
- attraktiv
- forfatter
- b
- Bakterier
- barriere
- BE
- bli
- før du
- nytte
- Berger
- Beyond
- biologi
- blank
- bøker
- grenser
- gjennombrudd
- Brokoblet
- bygget
- men
- by
- kom
- CAN
- nøye
- Celler
- sentrum
- egenskaper
- kjemikalier
- kjemi
- Kinesisk
- klasse
- samfunnet
- sammenlign
- unnfanget
- konsept
- konkluderer
- forhold
- inneholde
- inneholdt
- kontroll
- kontrolleres
- kunne
- kolleger
- opprettet
- tilpasses
- syklus
- Dato
- distribusjon
- utforming
- designet
- designer
- design
- destinasjoner
- ødelagt
- utviklet
- Utvikling
- utviklingen
- diagnostisk
- diverse
- dna
- domene
- domener
- dr
- stasjonen
- Tørke
- to
- under
- hver enkelt
- Emery
- muliggjøre
- muliggjør
- innkapslet
- oppmuntrer
- konstruert
- forbedret
- miljømessige
- miljø
- miljøer
- Era
- Selv
- etter hvert
- spennende
- Utgang
- ekspanderende
- leting
- fabrikker
- Egenskaper
- Endelig
- funn
- Til
- dannet
- skjemaer
- videre
- skjørhet
- rammer
- fra
- Innfri
- funksjonelle
- funksjoner
- videre
- framtid
- genetisk
- giganten
- gif
- innvilge
- innvilgelse
- Gruppe
- Grow
- Økende
- Vekst
- Gjest
- Ha
- helsetjenester
- bebuder
- Høy
- svært
- hold
- holder
- bolig
- Hvordan
- Hvordan
- HTTPS
- menneskelig
- if
- bilde
- enorme
- Påvirkning
- in
- inkubert
- industriell
- innovative
- innsiden
- inspirasjon
- inspirert
- institusjoner
- integrere
- integritet
- interiør
- intern
- inn
- IT
- bli medlem
- reise
- jpg
- bare
- lab
- laboratorium
- Labs
- stor
- i stor grad
- lansere
- føre
- Life
- i likhet med
- Begrenset
- levende
- logo
- årige
- laget
- Making
- ledelse
- produksjon
- materiale
- materialer
- Saken
- midler
- mekanisme
- Media
- medisin
- metall
- Michael
- Middle
- modifisert
- Videre
- navn
- nanoteknologi
- Naturlig
- Natur
- Ny
- noder
- nå
- nøtteskall
- of
- Olje
- on
- gang
- bare
- or
- organisk
- Annen
- vår
- enn
- oksidativ
- Papir
- utføre
- tillatelse
- fase
- PHP
- anlegg
- planter
- Plattformer
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- besitter
- muligheter
- potensiell
- presis
- forberedt
- i dag
- bevaring
- prosess
- Produksjon
- programmert
- Progress
- fremtredende
- løfte
- egenskaper
- foreslått
- beskytte
- beskyttet
- Beskyttende
- Proteiner
- gir
- publisere
- publisert
- utgiver
- Skyver
- Stråling
- priser
- å nå
- virkelige verden
- Reality
- slipp
- utgitt
- forbli
- reporter
- representerer
- forskning
- forskere
- omskape
- resiliens
- Svare
- roller
- kongelig
- Vitenskap
- vitenskapelig
- seed
- frø
- synes
- valgt
- selektiv
- forstand
- Følsomhet
- innstillinger
- alvorlig
- Del
- Shell
- Shield
- bør
- viser
- ferdigheter
- Samfunnet
- Solutions
- Rom
- utforsking av verdensrommet
- romfartøyer
- spesialisert
- spesifikk
- Spotlight
- stå
- strukturell
- struktur
- Struggle
- vellykket
- slik
- rekvisita
- overflaten
- rundt
- Bærekraft
- syntetisk
- system
- takler
- ta
- Target
- lag
- Technologies
- Teknologi
- tendens
- Det
- De
- Fremtiden
- deres
- deretter
- terapeutika
- Disse
- denne
- tre
- Thrive
- tid
- vev
- til
- verktøy
- spor
- overganger
- transportere
- behandlinger
- Treet
- typer
- ute av stand
- uforutsigbare
- til
- oppdateringer
- URL
- ved hjelp av
- variabel
- fartøy
- visuelt
- Vann
- VI VIL
- var
- når
- hvilken
- mens
- med
- Verdens
- ennå
- ga
- du
- Din
- zephyrnet
- Zhong