Biofilms iboende modstandsdygtighed over for miljøforhold gør dem til en attraktiv platform for biokatalyse, bioremediering, landbrug eller forbrugersundhed. En af hovedudfordringerne på disse områder er dog, at gavnlige bakterier ikke nødvendigvis er gode til biofilmdannelse.
Genteknologi løser normalt dette problem, men forskere fra Birmingham universitet's School of Chemical Engineering har afsløret en ny metode til at øge effektiviteten i biokatalyse.
Forskere identificerede og screenede et bibliotek af syntetiske polymerer for deres evne til at inducere dannelse af biofilm i E. coli. E. coli er en bakterie, der er almindeligt anvendt i biokatalyse.
Denne screening brugte en stamme af E. coli (MC4100), der er meget brugt i fundamental videnskab til at studere gener og proteiner og er kendt for at være dårlig til at danne biofilm sammenlignet med en anden E. coli-stamme, PHL644, en isogen stamme opnået gennem evolution, der er en god biofilm tidligere.
De kemikalier, der er mest effektive til at fremme biofilmudvikling, blev identificeret gennem denne screening. Mildt kationiske polymerer blev overgået af hydrofobe polymerer, mens aromatiske og heteroaromatiske derivater klarede sig betydeligt bedre end de sammenlignelige alifatiske polymerer.
Overvågning af biomassen og den biokatalytiske aktivitet af begge stammer inkuberet i nærvær af disse polymerer afslørede, at MC4100 matchede og endda overgik PHL644.
Resultaterne indikerede, at polymererne udfældes i opløsning og fungerer som koagulanter, hvilket stimulerer en naturlig proces kaldet flokkulering, der udløser bakterier til at danne biofilm.
Dr. Francisco Fernández Trillo fra School of Chemistry* sagde: "Vi udforskede et bredt kemisk område og identificerede de bedst ydende kemi og polymerer, der øger den biokatalytiske aktivitet af E. coli, en arbejdshest inden for bioteknologi. Dette har resulteret i et lille bibliotek af syntetiske polymerer, der øger biofilmdannelsen, når de bruges som simple additiver til mikrobiel kultur. Så vidt vi ved, er der i øjeblikket ingen metoder, der giver denne enkelhed og alsidighed, når de promoverer biofilm for gavnlige bakterier."
"Disse syntetiske polymerer kan omgå behovet for at introducere egenskaberne for biofilmdannelse gennem genredigering. Det er dyrt, tidskrævende, ikke-reversibelt og kræver en faglært person i mikrobiologi at implementere det. Vi mener, at denne tilgang har en indvirkning ud over biofilm til biokatalyse. En lignende strategi kunne bruges til at identificere kandidatpolymerer til andre mikroorganismer, såsom probiotika eller gær, og udvikle nye applikationer inden for fødevarevidenskab, landbrug, bioremediering eller sundhed."
Journal Reference:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, et al. Polymer-inducerede biofilm til forbedret biokatalyse. Mater. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
