19 dec 2023 (Nanowerk Spotlight) Genetiskt framställda mikrober har en häpnadsväckande potential som levande fabriker, diagnostiska verktyg, miljörengöringsmedel och mer. Trots allt vad de lovar förblir dessa organismer till stor del begränsade till noggrant kontrollerade laboratoriemiljöer, oförmögna att frodas bland de varierande förhållandena i naturliga och industriella livsmiljöer. De konstruerade cellernas bräcklighet har allvarligt begränsat deras verkliga inverkan inom tillverkning, sjukvård, hållbarhet och rymdutforskningssfärer där mikrobiella lösningar kan driva enorma framsteg.
Nu ger ett genialt biohybridmaterial utvecklat av forskare vid framstående kinesiska institutioner äntligen ett sätt att robust kapsla in modifierade mikrober för skyddad transport och selektiv frisättning. Deras så kallade "levande frön" integrerar tåliga bakteriesporer inuti skyddande skal byggda av metallorganiska ramverk, en mycket anpassningsbar klass av kristallina porösa material. Dessa specialiserade fartyg skyddar designermikrober från miljöangrepp, ger exakt kontroll över organismens utplacering och kan lansera en ny era där genetiskt förbättrade mikrober reser fram för att omforma verkligheten.
Forskarna publicerade sina resultat i Advanced Materials (“Living Seed Materials Made by Metal–Organic Framework-Encapsulated Bacillus Subtilis Spore”).
Genom att kapsla in genetiskt modifierade Bacillus subtilis sporer inuti metallorganisk ram (MOF)-skal, skapade forskarna "levande frö"-partiklar som skyddar mikrober under fientliga förhållanden samtidigt som de tillåter kontrollerad frisättning till tillväxtmedier. Detta genombrott tar itu med en långvarig barriär för teknologier för genetiskt modifierade organismer (GMO), som tenderar att prestera bra i labbet men kämpar i oförutsägbara verkliga miljöer.
Ett schema som visar utformningen av levande frömaterial inspirerade av tillväxten av ett jättelikt träd från ett växtfrö. a) Livscykeln för ett växtfrö av ett naturligt material; endospermen hos angiospermväxter bildar en kärna-skalstruktur av kärna som omger ett nötskal under fröutveckling. I önskvärda näringsrika miljöer kan fröet växa till ett jätteträd. b) Med inspiration från ett växtfrö föreslås utveckling av MOF-inkapslad spor som levande frömaterial. Sporerna från konstruerade bakterier kan kapslas in i en ZIF-8 kärna-skalstruktur. När det väl har tillverkats kan detta levande frömaterial reagera på specifika miljöförhållanden och frigöra sporerna, som sedan så småningom gror till funktionella levande bakterier med fördesignade egenskaper. (Återtryckt med tillstånd av Wiley-VCH Verlag)
Inspirationen till de levande fröna kom från naturen. Växtfrön innehåller skyddande yttre beläggningar som skyddar embryovävnad från påfrestningar som torka och UV-strålning tills förutsättningarna blir mogna för groning. Forskarna syftade till att återskapa denna adaptiva mekanism med hjälp av MOFs, en mycket anpassningsbar klass av porösa material bildade av metallnoder överbryggade av organiska länkmolekyler.
MOF:er har användbara egenskaper som hög yta, strukturell integritet och miljökänslighet. Dessa egenskaper gjorde MOF:s attraktiva kärl för inhysning av genetiskt modifierad B. subtilis-sporer med avancerade funktioner inprogrammerade i deras DNA. B. subtilis-sporer valdes ut på grund av deras härdighet och förmåga att återupplivas som vegetativa bakterier när de fick näring. Genom att uttrycka fluorescerande reporterproteiner i sporerna kunde teamet visuellt spåra övergångar mellan sporer och bakterier.
Den levande fröproduktionsprocessen innebar att sporer och metalljoner suspenderades i små vattendroppar, emulgering av vattenfasen i olja och sedan utfälldes ett poröst ZIF-8 MOF-skal runt varje droppe. Detta gav enhetliga, ihåliga mikrosfärer med sporer inneslutna i det inre tomrummet. Sfärerna skyddade inre sporer under hårda behandlingar som hög värme, oxidativt blekmedel och UV-bestrålning som förstörde oskärmade sporer. ZIF-8-nedbrytningshastigheten berodde på omgivande media, vilket möjliggjorde kontrollerad näringsutlöst sporfrisättning.
Frisatta sporer mognade framgångsrikt till funktionellt konstruerade bakterier när de inkuberades i tillväxtmedia. Som demonstrationer förberedde forskarna levande frön som hyser B. subtilis designad för att känna av kemikalierna IPTG och kumminsyra. Efter frisättning återfick bakterier känslighet för målkemikalier vid känslighetströsklar jämförbara med icke-inkapslade motsvarigheter.
Sådant miljökontrollerat bevarande och återupplivande av konstruerade mikrober har spännande möjligheter för mikrobiell teknik som för närvarande är begränsad till kontrollerade miljöer som fabriker och laboratorier. Genom att ge ökad motståndskraft kan levande frökärl tillåta funktionella GMO att fylla roller på oförutsägbara platser som det mänskliga mag-tarmsystemet, förorenad vattenförsörjning och till och med utomjordisk terräng om sporladdade rymdfarkoster når andra världar. Dessutom bör konceptet med levande fröer generaliseras till andra mikroorganismtyper som kan ändras till genetisk modifiering och sporulering.
Forskningen representerar ett banbrytande äktenskap mellan syntetisk biologi och materialvetenskap. Levande fröplattformar kommer att gynna framväxande tillämpningar av konstruerade mikrober inom tillverkning, terapi, miljöledning och rymdutforskningsdomäner. Som huvudförfattare Dr.
– Michael är författare till tre böcker av Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: Pushing the Boundsaries of Technology,
Nanoteknologi: Framtiden är litenoch
Nanoengineering: Färdigheterna och verktygen för att göra tekniken osynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gästförfattare! Gå med i vår stora och växande grupp gäst bidragsgivare. Har du precis publicerat en vetenskaplig uppsats eller har någon annan spännande utveckling att dela med nanoteknologinsamhället? Så här publicerar du på nanowerk.com.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64280.php
- : har
- :är
- :var
- 1
- 10
- 11
- 13
- 19
- 31
- 32
- 7
- 8
- 9
- a
- förmåga
- tvärs
- adaptiv
- Annat
- Dessutom
- avancerat
- syftar
- Alla
- tillåta
- Mitt i
- an
- och
- tillämpningar
- OMRÅDE
- runt
- AS
- At
- attraktiv
- Författaren
- b
- Bakterier
- barriär
- BE
- blir
- innan
- fördel
- Berger
- Bortom
- biologi
- blank
- Böcker
- gränser
- genombrott
- bryggade
- byggt
- men
- by
- kom
- KAN
- försiktigt
- Celler
- Centrum
- egenskaper
- kemikalier
- kemi
- kinesisk
- klass
- samfundet
- jämförbar
- uttänkt
- begrepp
- avslutar
- villkor
- innehålla
- innehöll
- kontroll
- kontrolleras
- kunde
- motsvarigheter
- skapas
- anpassningsbar
- cykel
- Datum
- utplacering
- Designa
- utformade
- designer
- mönster
- destinationer
- förstördes
- utvecklade
- Utveckling
- utvecklingen
- diagnostik
- flera
- DNA-
- domän
- domäner
- dr
- driv
- Torka
- grund
- under
- varje
- smärgel
- möjliggöra
- möjliggör
- inkapslad
- uppmuntrar
- engineered
- förbättrad
- miljömässigt
- miljömässigt
- miljöer
- Era
- Även
- så småningom
- spännande
- Utgång
- expanderande
- utforskning
- fabriker
- Funktioner
- Slutligen
- resultat
- För
- bildad
- former
- vidare
- bräcklighet
- ramar
- från
- Uppfylla
- funktionella
- funktioner
- ytterligare
- framtida
- genetisk
- jätte
- gif
- bevilja
- beviljande
- Grupp
- Väx
- Odling
- Tillväxt
- Gäst
- Har
- hälso-och sjukvård
- förebådar
- Hög
- höggradigt
- hålla
- innehar
- bostäder
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- HTTPS
- humant
- if
- bild
- enorma
- Inverkan
- in
- inkuberades
- industriell
- innovativa
- inuti
- Inspiration
- inspirerat
- institutioner
- integrera
- integritet
- interiör
- inre
- in
- IT
- delta
- resa
- jpg
- bara
- lab
- laboratorium
- Labs
- Large
- till stor del
- lansera
- leda
- livet
- tycka om
- Begränsad
- levande
- logotyp
- långvarig
- gjord
- Framställning
- ledning
- Produktion
- Materialet
- material
- Materia
- betyder
- mekanism
- Media
- läkemedel
- metall
- Michael
- Mitten
- modifierad
- Dessutom
- namn
- nanoteknologi
- Natural
- Natur
- Nya
- noder
- nu
- Nötskal
- of
- Olja
- on
- gång
- endast
- or
- ekologisk
- Övriga
- vår
- över
- oxidativ
- Papper
- utföra
- tillstånd
- fas
- PHP
- växt
- växter
- Plattformar
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- besitter
- Möjligheterna
- potentiell
- exakt
- beredd
- nuvarande
- konservering
- process
- Produktion
- programmerad
- Framsteg
- framträdande
- löfte
- egenskaper
- föreslagen
- skydda
- skyddad
- Skyddande
- Proteiner
- ger
- publicera
- publicerade
- utgivare
- Tryckande
- Strålning
- rates
- nå
- verkliga världen
- Verkligheten
- frigöra
- frigörs
- förblir
- reportern
- representerar
- forskning
- forskare
- omforma
- motståndskraft
- Svara
- roller
- kungliga
- Vetenskap
- vetenskaplig
- frö
- frön
- verkar
- vald
- selektiv
- känsla
- Känslighet
- inställningar
- allvarligt
- Dela
- Shell
- Sköld
- skall
- visar
- färdigheter
- Samhället
- Lösningar
- Utrymme
- utforskning av rymden
- rymdfarkoster
- specialiserad
- specifik
- Spotlight
- stå
- strukturell
- struktur
- Kamp
- Framgångsrikt
- sådana
- tillhandahållande
- yta
- kring
- Hållbarhet
- syntetisk
- system
- Tackles
- tar
- Målet
- grupp
- Tekniken
- Teknologi
- Tend
- den där
- Smakämnen
- Framtiden
- deras
- sedan
- terapeutika
- Dessa
- detta
- tre
- Frodas
- tid
- vävnader
- till
- verktyg
- spår
- övergångar
- transport
- behandlingar
- träd
- typer
- oförmögen
- oförutsägbar
- tills
- Uppdateringar
- URL
- med hjälp av
- variabel
- fartyg
- visuellt
- Vatten
- VÄL
- były
- när
- som
- medan
- med
- Världens
- ännu
- gav
- dig
- Din
- zephyrnet
- Zhong