細(xì)菌是制藥和化工行業(yè)的重要基石，從藥物和啤酒到生物柴油和化肥的生產(chǎn)都離不開它們。尤其是在制藥行業(yè)，細(xì)菌被廣泛用于生產(chǎn)胰島素和青霉素等重要物質(zhì)，其貢獻(xiàn)徹底改變了藥物開發(fā)的模式。

然而，生產(chǎn)這些化合物的過程卻代價高昂。工業(yè)生產(chǎn)中使用了大量的大腸桿菌（E. coli），而這些細(xì)菌的更換不僅耗費(fèi)大量的時間和能源，還對環(huán)境造成不小的負(fù)擔(dān)。這是因為細(xì)菌容易受到高溫、極端pH值、紫外線輻射以及溶劑等不利條件的影響。

為了解決這一問題，南丹麥大學(xué)的一組研究人員致力于提升工業(yè)細(xì)菌的耐用性和適用性。他們的目標(biāo)是減少維持細(xì)菌所需的能源、時間以及不必要的化學(xué)物質(zhì)，同時使細(xì)菌可以重復(fù)使用，從而延長其工作壽命。

研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新型聚合物涂層技術(shù)，這種涂層能夠與細(xì)菌的細(xì)胞膜相結(jié)合，并對細(xì)胞膜進(jìn)行化學(xué)改性。南丹麥大學(xué)物理、化學(xué)與藥學(xué)系副教授吳長柱博士表示：“我們?yōu)槌Ｒ姷墓I(yè)細(xì)菌——大腸桿菌穿上了一件‘超級披風(fēng)’，增強(qiáng)了它們的催化能力。這項技術(shù)降低了能源消耗，使生產(chǎn)過程更加可持續(xù)。”

在這一技術(shù)中，研究團(tuán)隊通過一步原位原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）實現(xiàn)了細(xì)菌細(xì)胞膜的聚合物生成。這些聚合物不僅保護(hù)細(xì)菌免受環(huán)境應(yīng)激，還通過與細(xì)胞內(nèi)酶集成催化聚合物，促進(jìn)了化學(xué)酶反應(yīng)的合成。

吳博士進(jìn)一步解釋道：“我們通過將聚合物嫁接到大腸桿菌的細(xì)胞膜上，達(dá)成了兩大突破。首先，這些細(xì)菌變得更強(qiáng)大、更高效，能夠更快速地完成復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)；其次，它們獲得了更強(qiáng)的保護(hù)能力，可以重復(fù)使用，從而形成一種更可持續(xù)的‘超級細(xì)菌’?！?/p>

為了驗證這一技術(shù)的可行性，研究團(tuán)隊開展了一項光酶級聯(lián)反應(yīng)的實驗。在實驗中，他們使用了一種含蒽醌基的聚合物和苯甲醛裂解酶，將芐醇轉(zhuǎn)化為聯(lián)苯甲醇。實驗結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)化率比對照組高出15倍。此外，細(xì)胞作為聚合物的大型生物支架，還能實現(xiàn)高分子催化劑的回收利用。

這項研究的成果已發(fā)表在《Nature Catalysis》期刊上，論文題為《利用聚合物工程化活細(xì)胞實現(xiàn)可回收的光酶催化》。研究人員認(rèn)為，這一簡單有效的技術(shù)為細(xì)胞膜的級聯(lián)合成提供了一個全新的技術(shù)平臺，并對合成化學(xué)、聚合物化學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛意義。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41929-024-01259-5

編輯：王洪

排版：李麗

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