Η εγγενής ανθεκτικότητα των βιοφίλμ στις περιβαλλοντικές συνθήκες τα καθιστά ελκυστική πλατφόρμα για βιοκατάλυση, βιοαποκατάσταση, γεωργία ή υγεία των καταναλωτών. Ωστόσο, μία από τις κύριες προκλήσεις σε αυτούς τους τομείς είναι ότι τα ωφέλιμα βακτήρια δεν είναι απαραίτητα καλά στο σχηματισμό βιοφίλμ.
Η γενετική μηχανική συνήθως λύνει αυτό το πρόβλημα, αλλά οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του ΜπέρμιγχαμΗ Σχολή Χημικών Μηχανικών αποκάλυψε μια νέα μέθοδο για την αύξηση της αποτελεσματικότητας στη βιοκατάλυση.
Οι επιστήμονες εντόπισαν και εξέτασαν μια βιβλιοθήκη συνθετικών πολυμερών για την ικανότητά τους να προκαλούν σχηματισμός βιοφίλμ σε E. coli. Ε. coli είναι ένα βακτήριο που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιοκατάλυση.
Αυτή η διαλογή χρησιμοποίησε ένα στέλεχος E. coli (MC4100) που χρησιμοποιείται ευρέως στη θεμελιώδη επιστήμη για τη μελέτη γονιδίων και πρωτεϊνών και είναι γνωστό ότι είναι φτωχό στο σχηματισμό βιοφίλμ σε σύγκριση με ένα άλλο στέλεχος E. coli, το PHL644, ένα ισογονικό στέλεχος που λαμβάνεται μέσω της εξέλιξης. καλός σχηματιστής βιοφίλμ.
Οι χημικές ουσίες που είναι πιο αποτελεσματικές στην προώθηση της ανάπτυξης βιοφίλμ εντοπίστηκαν μέσω αυτής της εξέτασης. Τα ήπια κατιονικά πολυμερή ξεπέρασαν τα υδρόφοβα πολυμερή, ενώ τα αρωματικά και ετεροαρωματικά παράγωγα ξεπέρασαν σημαντικά τα συγκρίσιμα αλειφατικά πολυμερή.
Η παρακολούθηση της βιομάζας και της βιοκαταλυτικής δραστηριότητας και των δύο στελεχών που επωάστηκαν παρουσία αυτών των πολυμερών αποκάλυψε ότι το MC4100 ταίριαζε και μάλιστα είχε καλύτερη απόδοση με το PHL644.
Τα ευρήματα έδειξαν ότι τα πολυμερή κατακρημνίζονται σε διάλυμα και δρουν ως πηκτικά, διεγείροντας μια φυσική διαδικασία που ονομάζεται κροκίδωση που προκαλεί τα βακτήρια να σχηματίσουν βιοφίλμ.
Ο Δρ Francisco Fernández Trillo από τη Σχολή Χημείας* είπε, «Εξερευνήσαμε έναν ευρύ χημικό χώρο και εντοπίσαμε τις χημικές ουσίες και τα πολυμερή με τις καλύτερες επιδόσεις που αυξάνουν τη βιοκαταλυτική δραστηριότητα του E. coli, ενός αιχμής στη βιοτεχνολογία. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια μικρή βιβλιοθήκη συνθετικών πολυμερών που αυξάνουν το σχηματισμό βιοφίλμ όταν χρησιμοποιούνται ως απλά πρόσθετα στη μικροβιακή καλλιέργεια. Από όσο γνωρίζουμε, επί του παρόντος, δεν υπάρχουν μέθοδοι που να παρέχουν αυτή την απλότητα και ευελιξία κατά την προώθηση βιοφίλμ για ωφέλιμα βακτήρια».
«Αυτά τα συνθετικά πολυμερή μπορεί να παρακάμψουν την ανάγκη εισαγωγής των χαρακτηριστικών για το σχηματισμό βιοφίλμ μέσω της επεξεργασίας γονιδίων. Είναι δαπανηρό, χρονοβόρο, μη αναστρέψιμο και απαιτεί εξειδικευμένο άτομο στη μικροβιολογία για να το εφαρμόσει. Πιστεύουμε ότι αυτή η προσέγγιση έχει αντίκτυπο πέρα από τα βιοφίλμ για βιοκατάλυση. Μια παρόμοια στρατηγική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό υποψήφιων πολυμερών για άλλους μικροοργανισμούς, όπως προβιοτικά ή ζυμομύκητες, και για την ανάπτυξη νέων εφαρμογών στην επιστήμη των τροφίμων, τη γεωργία, τη βιοαποκατάσταση ή την υγεία».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, et al. Βιοφίλμ επαγόμενα από πολυμερή για ενισχυμένη βιοκατάλυση. Μητήρ. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
