盐湖里的“创可贴”,

时间:2020-07-14    访问量:1129



在我国的青藏高原,内蒙古和山西等地存在一类特殊的自然景观——盐湖。盐湖,是咸水湖的一种,湖中的盐浓度高达38%,而普通海水的盐度只有3%左右。很难想象在盐几乎达到饱和的盐湖中,会有生命迹象的存在。但确实就存在着一类喜欢生活在高盐环境中的微生物——极端嗜盐古菌极端嗜盐古菌的存在是盐湖在高温时呈现美丽红色的原因之一(图1)。它们能够生产出一些特殊产物,如在营养过剩的情况下可以合成一种生物可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯(PHA,polyhydroxyalkanoates)。 PHA 是近30

多年迅速发展起来的一种生物高分子材料,它是由微生物合成的一类羟基脂肪酸组成的生物聚酯。 PHA 与传统的石油化工塑料具有相似的材料学性质,现已用做各种包装材料和日常消费用塑料制品,是一种绿色环保塑料。同时,由于 PHA 具有良好的生物相容性及生物可降解性,在生物医学工程领域显现出很大的应用价值。


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图1 2017年夏季山西运城盐湖俯瞰图

 

通过10余年的系统研究,中科院微生物研究所向华研究团队已经可以在分子水平上阐明嗜盐古菌合成生物可降解塑料 PHA 的过程。目前,该团队已在多个微生物领域知名期刊上发表了20余篇系列论文。近日,该团队在利用嗜盐古菌合成高附加值生物医学材料方面的研究又取得了系列新进展。地中海富盐菌是一株极端嗜盐古菌模式菌株,可利用多种廉价碳源高效合成 3HV 单体比例恒定(~10 mol%)的 PHBHV ( PHBHV 是 PHA 材料的一种,由 3HB 和 3HV 单体组成),并可采用水提法方便地提取 PHA ,因此

具有重要的工业开发潜力。向华研究团队以地中海富盐菌为细胞工厂,针对该菌合成 PHBHV 单一的问题,通过发酵工程技术合成了具有不同单体聚合方式的系列无规共聚 R-PHBHV 和高规整共聚 O-PHBHV 。聚合物的 3HV 单体含量由10 mol%提高到了60 mol%,丰富了嗜盐菌 PHBHV 的材料性能,且 O-PHBHV 表现出了优良的凝血性能,可以作为潜在的创伤修复材料,相关工作已发表在 Biomacromolecules (《生物大分子》), 2015,16:578-588上。为了进一步推动嗜盐微生物合成的 PHBHV 在再生医学领域的高附加值应用,向华研究团队对相关材料进行了安全性评价。通过体外的细胞培养实验和体内的动物实验发现:嗜盐微生物合成的 PHBHV 具有多样化的降解速度;与 PLA ( FDA 批准的生物医用高分子材料)以及细菌来源的 PHBHV 相比,嗜盐微生物合成的 PHBHV 具有更好的生物相容性(图2),这就意味着这类材料将在不同的生物医药领域具有广阔的应用前景。



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图2  嗜盐古菌合成多样性生物医学材料 PHBHV 及其良好的生物相容性 Biomaterials,2017,139:172-186



上述最新进展已于近期发表在生物材料学领域知名期刊 Biomaterials (《生物材料》)上。 论文第一作者韩静博士指出,最新进展为进一步开发极端微生物资源、合成高附加值生物医用材料开拓了新的方向,也将提升嗜盐微生物来源的PHBHV在疤痕愈合、软骨修复、神经修复等多个领域中的医用价值。



原创 韩静来源:中国科学院微生物研究所

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