Biofilmers iboende motstandskraft mot miljøforhold gjør dem til en attraktiv plattform for biokatalyse, bioremediering, landbruk eller forbrukerhelse. En av hovedutfordringene på disse områdene er imidlertid at gunstige bakterier ikke nødvendigvis er gode på biofilmdannelse.
Genteknologi løser normalt dette problemet, men forskere fra Birmingham universitet's School of Chemical Engineering har avslørt en ny metode for å øke effektiviteten i biokatalyse.
Forskere identifiserte og screenet et bibliotek av syntetiske polymerer for deres evne til å indusere biofilmdannelse i E. coli. E. coli er en bakterie som ofte brukes i biokatalyse.
Denne screeningen brukte en stamme av E. coli (MC4100) mye brukt i grunnleggende vitenskap for å studere gener og proteiner og er kjent for å være dårlig til å danne biofilm sammenlignet med en annen E. coli-stamme, PHL644, en isogen stamme oppnådd gjennom evolusjon som er en god biofilm tidligere.
Kjemikaliene som er mest effektive til å fremme biofilmutvikling ble identifisert gjennom denne screeningen. Mildt kationiske polymerer ble overgått av hydrofobe polymerer, mens aromatiske og heteroaromatiske derivater klarte seg betydelig bedre enn de sammenlignbare alifatiske polymerene.
Overvåking av biomassen og den biokatalytiske aktiviteten til begge stammene inkubert i nærvær av disse polymerene viste at MC4100 matchet og til og med overgikk PHL644.
Funnene indikerte at polymerene utfelles i løsning og fungerer som koagulanter, og stimulerer en naturlig prosess kalt flokkulering som utløser bakterier til å danne biofilmer.
Dr. Francisco Fernández Trillo fra School of Chemistry* sa, "Vi utforsket et bredt kjemisk område og identifiserte de best ytende kjemiene og polymerene som øker den biokatalytiske aktiviteten til E. coli, en arbeidshest innen bioteknologi. Dette har resultert i et lite bibliotek av syntetiske polymerer som øker biofilmdannelsen når de brukes som enkle tilsetningsstoffer til mikrobiell kultur. Så vidt vi vet, er det for øyeblikket ingen metoder som gir denne enkelheten og allsidigheten når de promoterer biofilmer for nyttige bakterier."
"Disse syntetiske polymerene kan omgå behovet for å introdusere egenskapene for biofilmdannelse gjennom genredigering. Det er kostbart, tidkrevende, ikke-reversibelt, og krever en dyktig person innen mikrobiologi for å implementere det. Vi tror denne tilnærmingen har en innvirkning utover biofilmer for biokatalyse. En lignende strategi kan brukes for å identifisere kandidatpolymerer for andre mikroorganismer som probiotika eller gjær, og utvikle nye applikasjoner innen matvitenskap, landbruk, bioremediering eller helse."
Tidsreferanse:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, et al. Polymerinduserte biofilmer for forbedret biokatalyse. Mater. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
