Nieodłączna odporność biofilmów na warunki środowiskowe czyni je atrakcyjną platformą dla biokatalizy, bioremediacji, rolnictwa lub zdrowia konsumentów. Jednak jednym z głównych wyzwań w tych obszarach jest to, że pożyteczne bakterie niekoniecznie są dobre w tworzeniu biofilmu.
Inżynieria genetyczna zwykle rozwiązuje ten problem, ale naukowcy z Uniwersytet w BirminghamSzkoła Inżynierii Chemicznej ujawniła nową metodę zwiększania wydajności biokatalizy.
Naukowcy zidentyfikowali i przeprowadzili badania przesiewowe biblioteki polimerów syntetycznych pod kątem ich zdolności do indukowania tworzenie biofilmu w E. coli. E. coli to bakteria powszechnie stosowana w biokatalizie.
W tym badaniu przesiewowym wykorzystano szczep E. coli (MC4100) szeroko stosowany w naukach podstawowych do badania genów i białek i wiadomo, że jest słaby w tworzeniu biofilmów w porównaniu z innym szczepem E. coli, PHL644, izogenicznym szczepem uzyskanym w wyniku ewolucji, który jest dobry formujący biofilm.
Dzięki temu badaniu zidentyfikowano substancje chemiczne, które najskuteczniej promują rozwój biofilmu. Łagodnie kationowe polimery przewyższały polimery hydrofobowe, podczas gdy aromatyczne i heteroaromatyczne pochodne znacznie przewyższały porównywalne polimery alifatyczne.
Monitorowanie biomasy i aktywności biokatalitycznej obu szczepów inkubowanych w obecności tych polimerów wykazało, że MC4100 pasował, a nawet przewyższał PHL644.
Odkrycia wskazują, że polimery wytrącają się w roztworze i działają jak koagulanty, stymulując naturalny proces zwany flokulacją, który powoduje powstawanie biofilmów przez bakterie.
Dr Francisco Fernández Trillo ze Szkoły Chemii* powiedział: „Zbadaliśmy szeroką przestrzeń chemiczną i zidentyfikowaliśmy najlepiej działające chemikalia i polimery, które zwiększają aktywność biokatalityczną E. coli, konia roboczego w biotechnologii. Doprowadziło to do powstania niewielkiej biblioteki polimerów syntetycznych, które zwiększają tworzenie się biofilmu, gdy są stosowane jako proste dodatki do hodowli drobnoustrojów. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, obecnie nie ma metod zapewniających taką prostotę i wszechstronność w promowaniu biofilmów dla pożytecznych bakterii”.
„Te syntetyczne polimery mogą ominąć potrzebę wprowadzenia cech tworzenia biofilmu poprzez edycję genów. Jest to kosztowne, czasochłonne, nieodwracalne, a jego wdrożenie wymaga specjalisty w dziedzinie mikrobiologii. Wierzymy, że to podejście ma wpływ wykraczający poza biofilmy do biokatalizy. Podobną strategię można zastosować do identyfikacji polimerów kandydujących dla innych mikroorganizmów, takich jak probiotyki lub drożdże, i opracowania nowych zastosowań w nauce o żywności, rolnictwie, bioremediacji lub zdrowiu”.
Referencje czasopisma:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk i in. Biofilmy indukowane polimerami dla lepszej biokatalizy. Matko. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
