ETH 的研究人员利用紫外线改造了某些细菌，使其能够产生更多的纤维素。这一研究的基础是一种新方法，研究人员利用这种方法生成数千种
细菌变体，并挑选出那些发展成为产量最高的细菌。
苏黎世联邦理工学院的材料研究人员创造了 40,000 种生产纤维素的细菌Komagataeibacter sucrofermentans变种。其中有四种纤维素产量比原始形态高出 70％。研究人员采用专门为此目的开发的新方法实现了这一目标，并已获得专利。例如，纤维素是食品、纺织和生物医学应用领域中备受追捧的原材料。
可持续细菌生产
细菌可以生产人类感兴趣的材料，例如纤维素、丝绸和矿物质。以这种方式生产细菌的优点是可持续，可在室温和水中进行。缺点是这个过程耗时，而且产量太小，无法用于工业用途。
因此，研究人员一直在尝试将微生物变成活体微型工厂，以便能够更快速地生产大量所需产品。这需要对基因组进行有针对性的干预，或培养最合适的细菌菌株。
提高产量的进化方法
现在，由苏黎世联邦理工学院复合材料教授 André Studart 领导的研究小组提出了一种新方法，利用了产生纤维素的细菌Komagataeibacter sucrofermentans。新方法遵循自然选择的进化原理，使科学家能够非常快速地产生数以万计的细菌变体，并选出产生最多纤维素的菌株。
K. sucrofermentans天然产生高纯度纤维素，这种材料在生物医学应用以及包装材料和纺织品的生产中需求量很大。这种纤维素的两个特性是它有助于伤口愈合并预防感染。“然而，这种细菌生长缓慢，产生的纤维素数量有限。因此，我们必须找到一种方法来提高产量，”Studart 团队的博士生、刚刚发表在科学期刊
PNAS 上的一项研究的第一作者 Julie Laurent 解释说。
她开发的方法成功生成了少量的Komagataeibacter变种，这些变种产生的纤维素比原始形式多出 70%。
利用紫外线加速进化
这位材料研究人员首先必须创造自然界中原始细菌的新变种——即野生型。为此，Julie Laurent 用 UV-C 光照射细菌细胞，这会破坏细菌DNA的随机点。然后，她将细菌放在暗室中，以防止对 DNA 损伤进行任何修复，从而诱发突变。
然后，她使用微型仪器将每个细菌细胞封装在一小滴营养液中，并让细胞在特定时间内产生纤维素。孵化期结束后，她使用荧光显微镜分析哪些细胞产生了大量纤维素，哪些细胞没有产生或产生很少的纤维素。
借助由苏黎世联邦理工学院化学家 Andrew De Mello 团队开发的分选系统，Studart 团队自动分选出那些进化出大量纤维素的细胞。该分选系统完全自动化，速度非常快。只需几分钟，它就能用激光扫描 50 万个液滴，并分选出纤维素含量最多的液滴。只剩下四个细胞，它们的纤维素产量比野生型高出 50% 到 70%。
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遗传见解和工业应用
进化的K. sucrofermentans细胞可以在空气和水的交界处的玻璃瓶中生长并产生纤维素垫。这种垫的自然重量在 2 到 3 毫克之间，厚度约为 1.5 毫米。新进化变种的纤维素垫几乎是野生型的两倍重和厚度。
Julie Laurent 和她的同事还对这四种变体进行了基因分析，以找出哪些基因被 UV-C 光改变了，以及这些变化如何导致纤维素的过量生产。这四种变体都在同一基因中发生了相同的突变。该基因是蛋白质降解酶——蛋白酶的蓝图。然而，令这位材料研究人员惊讶的是，直接控制纤维素生产的基因并没有改变。“我们怀疑这种蛋白酶会降解调节纤维素生产的蛋白质。没有这种调节，细胞就无法停止这一过程，”研究人员解释说。
未来的应用和专利
研究人员已为该方法和变异的细菌变体申请了专利。
研究人员已为该方法和变异的细菌变体申请了专利。
下一步，他们希望与生产细菌纤维素的公司合作，在真实的工业条件下测试这种新的微生物。
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