利用MSBC技術構建的多物種菌群。（科研團隊供圖）
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讀特客戶端·深圳新聞網2022年7月11日訊（深圳商報記者 袁斯茹）自然界中，微生物發揮著重要作用。比如土壤中的菌群能促進碳循環，腸道菌群能幫助代謝營養物質和防止病原體入侵。這些微生物通常以群落的方式存在。如果“跨群”交流，是否就能具備更多功能？
7月6日《自然·通訊》刊登了中科院深圳先進院合成生物學研究所戴卓君團隊的論文。該論文提出了一種靈活、精確的策略，構建穩定的跨物種微生物群落，并實現了菌群間的分工與通訊。
通常，微生物實現群落平衡的常用策略是空間分隔，即不同物種在空間上進行有序排布，可以分工與交流，同時互不干擾。
受此啟發，團隊開發了一種人工空間分隔方法。首先，研究人員構建了尺寸約為400微米，能夠包裹微生物的微球，其三維網狀交聯結構，能允許營養物質、信號分子等的自由擴散，同時確保球內的微生物“居民”平衡增長。
隨后，團隊分別構建了大腸桿菌、釀酒酵母及畢赤酵母的微球，驗證了在這個環境中，不同的微生物可以正常生長、代謝。
“如果把微生物群落比喻為一個大部落，那么微球就像一個小部落，代表一種微生物亞群，它能夠與其他微球交互，將它們進行組合，我們進一步構建了微生物群落(MSBC)。”團隊成員王林表示。
大腸桿菌和釀酒酵母是實驗室研究和工業應用中使用最廣泛的兩種微生物，大腸桿菌可以快速、大量合成蛋白質，而釀酒酵母可以對復雜真核酶實現可溶性表達。如果將其共同培養，組成菌群，能夠將兩種微生物優點最大化。
“然而，在實驗室條件下，構建跨物種微生物群落卻比培養單一菌株要困難得多，其中的最大原因是由于亞群之間營養物質的消耗和生產速度不匹配。比如，大腸桿菌分裂一代需要20分鐘，而釀酒酵母的分裂時間為90到120分鐘。”王林說道。
如果單純的混合培養會使生長快速的物種迅速消耗掉營養，成為群落中的優勢者，從而淘汰掉生長較慢的劣勢物種。相比之下，MSBC方法可以實現大腸桿菌和釀酒酵母兩個物種的穩定培養以及成分的精準調控。
通過簡單地切換不同的微球，靈活組合形成不同的MSBC，可以創建一系列兼具靈活性和精度的組合。研究人員進一步組合由菌群組成的蝴蝶，翅膀上的“鱗片”就是不同物種的微球,而MSBC技術可以任意拼裝不同的跨物種菌群，組成色彩斑斕的蝴蝶翅膀。
“MSBC技術可以實現跨物種間的分工、通訊。”戴卓君說道。
例如，在農業生產中，由于過度使用獸藥和殺蟲劑，導致農業廢水存在大量抗生素和有機磷廢物，對環境造成了巨大的危害。研究人員通過構建MSBC，利用兩種物種分別降解抗生素和有機磷，能夠對廢水中的有害物質進行有效降解。
據悉，戴卓君為論文通訊作者，課題組王林為論文第一作者，張曦及唐琛望也對文章作出了重要貢獻。來源：深圳商報
