19 декабря 2023 г. (Nanowerk В центре внимания) Генно-инженерные микробы обладают удивительным потенциалом в качестве живых фабрик, диагностических инструментов, очистителей окружающей среды и многого другого. Тем не менее, несмотря на все свои многообещающие свойства, эти организмы по-прежнему в основном ограничены тщательно контролируемыми лабораторными условиями и неспособны процветать в изменчивых условиях естественной и промышленной среды обитания. Хрупкость сконструированных клеток серьезно ограничила их реальное влияние в сферах производства, здравоохранения, устойчивого развития и освоения космоса, где микробные решения могли бы привести к огромному прогрессу.
Теперь гениальный биогибридный материал, разработанный исследователями из известных китайских институтов, наконец, обеспечивает средства для прочной инкапсуляции модифицированных микробов для защищенной транспортировки и избирательного выпуска. Их так называемые «живые семена» объединяют выносливые бактериальные споры внутри защитных оболочек, построенных из металлоорганического каркаса, легко адаптируемого класса кристаллических пористых материалов. Эти специализированные сосуды защищают созданные микробы от воздействия окружающей среды, обеспечивают точный контроль над размещением организмов и могут начать новую эру, в которой генетически улучшенные микробы будут путешествовать, чтобы изменить реальность.
Исследователи опубликовали свои выводы в Передовые материалы («Живые семенные материалы, изготовленные из металлоорганического каркаса, инкапсулированного Bacillus Subtilis Спора»).
Инкапсулируя генетически модифицированные Сенная палочка споры внутри металлоорганический каркас (MOF), исследователи создали частицы «живого семени», которые защищают микробы в агрессивных условиях, одновременно обеспечивая контролируемое высвобождение в питательную среду. Этот прорыв устраняет давний барьер для технологий генетически модифицированных организмов (ГМО), которые, как правило, хорошо работают в лабораторных условиях, но плохо работают в непредсказуемых реальных условиях.
Схема, показывающая дизайн живых семенных материалов, вдохновленный ростом гигантского дерева из семян растения. а) Жизненный цикл семени растения из природного материала; Эндосперм покрытосеменных растений образует ядро-оболочку ядра, окружающую скорлупу ореха во время развития семян. В желательной, богатой питательными веществами среде из семени может вырасти гигантское дерево. б) На основе семян растений предлагается разработать споры, инкапсулированные в MOF, в качестве живого семенного материала. Споры сконструированных бактерий можно инкапсулировать в структуру ядро-оболочка ZIF-8. После изготовления этот живой семенной материал может реагировать на определенные условия окружающей среды и выделять споры, которые затем в конечном итоге прорастают в функциональные живые бактерии с заранее заданными характеристиками. (Перепечатано с разрешения Wiley-VCH Verlag)
Вдохновение для создания живых семян пришло от природы. Семена растений содержат защитную внешнюю оболочку, которая защищает ткани эмбриона от таких стрессов, как засуха и ультрафиолетовое излучение, до тех пор, пока не наступят условия для прорастания. Исследователи стремились воссоздать этот адаптивный механизм, используя MOF, класс пористых материалов с широкими возможностями настройки, образованных из металлических узлов, соединенных органическими линкерными молекулами.
MOF обладают такими полезными свойствами, как большая площадь поверхности, структурная целостность и чувствительность к окружающей среде. Эти характеристики сделали MOF привлекательными сосудами для размещения генно-инженерных B. subtilis с расширенными функциями, запрограммированными в их ДНК. B. споры subtilis были выбраны из-за их морозостойкости и способности реанимироваться в виде вегетативных бактерий при питании. Экспрессируя флуоресцентные репортерные белки в спорах, команда смогла визуально отслеживать переходы от спор к бактериям.
Процесс производства живых семян включал в себя суспендирование спор и ионов металлов в крошечных каплях воды, эмульгирование водной фазы в масле, а затем осаждение пористой оболочки ZIF-8 MOF вокруг каждой капли. В результате получились однородные полые микросферы со спорами, содержащимися во внутреннем пустом пространстве. Сферы защищали внутренние споры во время суровых обработок, таких как высокая температура, окислительное отбеливание и УФ-облучение, разрушающее неэкранированные споры. Скорость разложения ZIF-8 зависела от окружающей среды, что позволяло контролировать высвобождение спор, вызываемое питательными веществами.
Высвободившиеся споры успешно превращались в функциональные бактерии при инкубации в питательной среде. В качестве демонстрации исследователи подготовили живые семена, содержащие B. subtilis, предназначенный для обнаружения химических веществ IPTG и куминовой кислоты. После выпуска бактерии восстановили чувствительность к целевым химическим веществам на порогах чувствительности, сравнимых с неинкапсулированными аналогами.
Такое сохранение и возрождение искусственных микробов, контролируемое окружающей средой, открывает захватывающие возможности для микробных технологий, которые в настоящее время ограничиваются контролируемыми средами, такими как фабрики и лаборатории. Обеспечивая повышенную устойчивость, живые семенные сосуды могут позволить функциональным ГМО выполнять роль в непредсказуемых местах, таких как желудочно-кишечная система человека, загрязненные источники воды и даже внеземные территории, если загруженные спорами космические корабли достигнут других миров. Кроме того, концепцию живых семян следует распространить на другие типы микроорганизмов, поддающиеся генетической модификации и споруляции.
Исследование представляет собой прорывное сочетание синтетической биологии и материаловедения. Платформы живых семян могут принести пользу новым применениям искусственно созданных микробов в производстве, терапии, управлении окружающей средой и освоении космоса. Как ведущий автор Dr.
By
Майкл
Бергер
- Майкл является автором трех книг Королевского химического общества:
Нано-общество: раздвигая границы технологий,
Нанотехнология: будущее крошечнои
Наноинженерия: навыки и инструменты, делающие технологию невидимой
Все права защищены ©
ООО «Нановерк»
Станьте приглашенным автором Spotlight! Присоединяйтесь к нашей большой и растущей группе приглашенные участники. Вы только что опубликовали научную статью или хотите поделиться другими интересными событиями с сообществом нанотехнологов? Вот как опубликовать на nanowerk.com.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64280.php
- :имеет
- :является
- :куда
- 1
- 10
- 11
- 13
- 19
- 31
- 32
- 7
- 8
- 9
- a
- способность
- через
- адаптивный
- дополнительный
- Дополнительно
- продвинутый
- Нацеленный
- Все
- Позволяющий
- Среди
- an
- и
- Приложения
- ПЛОЩАДЬ
- около
- AS
- At
- привлекательный
- автор
- b
- Бактерии
- барьер
- BE
- становиться
- до
- польза
- Бергер
- Beyond
- биология
- пустой
- Книги
- Границы
- прорыв
- мостовая
- построенный
- но
- by
- пришел
- CAN
- осторожно
- Клетки
- Центр
- характеристика
- химических веществ
- химия
- китайский
- класс
- сообщество
- сравнимый
- понятый
- сама концепция
- заключает
- Условия
- содержать
- содержащегося
- контроль
- контроль
- может
- коллегами
- создали
- настраиваемый
- цикл
- Время
- развертывание
- Проект
- предназначенный
- дизайнер
- конструкций
- направления
- уничтожили
- развитый
- Развитие
- события
- диагностический
- Разное
- Г-жа
- домен
- доменов
- dr
- управлять
- Засуха
- два
- в течение
- каждый
- появление
- включить
- позволяет
- инкапсулированный
- призывает
- инженерии
- расширение
- окружающий
- экологически
- средах
- Эпоха
- Даже
- со временем
- захватывающий
- Выход
- расширяющийся
- исследование
- заводы
- Особенности
- в заключение
- результаты
- Что касается
- сформированный
- формы
- вперед
- хрупкость
- каркасы
- от
- Выполнять
- функциональная
- Функции
- далее
- будущее
- генетический
- гигант
- GIF
- предоставлять
- предоставление
- группы
- Расти
- Рост
- Рост
- GUEST
- Есть
- здравоохранение
- глашатаи
- High
- очень
- держать
- имеет
- жилье
- Как
- How To
- HTTPS
- человек
- if
- изображение
- огромный
- Влияние
- in
- инкубационных
- промышленность
- инновационный
- внутри
- Вдохновение
- вдохновленный
- учреждения
- интегрировать
- целостность
- интерьер
- в нашей внутренней среде,
- в
- IT
- присоединиться
- путешествие
- JPG
- всего
- лаборатория
- лаборатория
- Labs
- большой
- в значительной степени
- запуск
- вести
- ЖИЗНЬЮ
- такое как
- Ограниченный
- жизнью
- логотип
- многолетняя
- сделанный
- Создание
- управление
- производство
- материала
- материалы
- Вопрос
- означает
- механизм
- Медиа
- медицина
- металл
- Майкл
- средняя
- модифицировало
- Более того
- имя
- нанотехнологии
- натуральный
- природа
- Новые
- узлы
- сейчас
- ореховая скорлупа
- of
- Масло
- on
- консолидировать
- только
- or
- органический
- Другое
- наши
- за
- окислительный
- бумага & картон
- выполнять
- разрешение
- фаза
- PHP
- завод
- растений
- Платформы
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- обладать
- возможности,
- потенциал
- необходимость
- подготовленный
- в настоящее время
- сохранение
- процесс
- Производство
- запрограммированный
- Прогресс
- видный
- обещание
- свойства
- предложило
- для защиты
- защищенный
- защитный
- Белки
- приводит
- публиковать
- опубликованный
- издатель
- Нажимать
- излучение
- Стоимость
- достигать
- реальный мир
- Реальность
- освободить
- выпустил
- оставаться
- репортер
- представляет
- исследованиям
- исследователи
- перекроить
- упругость
- Реагируйте
- роли
- королевский
- Наука
- научный
- семя
- семена
- кажется
- выбранный
- селективный
- смысл
- чувствительность
- настройки
- сильно
- Поделиться
- Оболочка
- Щит
- должен
- показ
- навыки
- Общество
- Решения
- Space
- исследование космоса
- космический корабль
- специализированный
- конкретный
- Прожектор
- стоять
- структурный
- Структура
- Бороться
- Успешно
- такие
- запас
- Поверхность
- окружающих
- Стабильность
- синтетический
- система
- Снасти
- с
- цель
- команда
- технологии
- Технологии
- Тенденцию
- который
- Ассоциация
- Будущее
- их
- тогда
- терапевтика
- Эти
- этой
- три
- Thrive
- время
- ткани
- в
- инструменты
- трек
- переходы
- перевозки
- лечение
- дерево
- Типы
- не в состоянии
- непредсказуемый
- до
- Updates
- URL
- через
- переменная
- суд
- визуально
- Вода
- ЧТО Ж
- были
- когда
- который
- в то время как
- мире
- еще
- дали
- являетесь
- ВАШЕ
- зефирнет
- Zhong