Reziliența intrinsecă a biofilmelor la condițiile de mediu le face o platformă atractivă pentru biocataliză, bioremediere, agricultură sau sănătatea consumatorilor. Cu toate acestea, una dintre principalele provocări în aceste domenii este că bacteriile benefice nu sunt neapărat bune la formarea biofilmului.
În mod normal, ingineria genetică rezolvă această problemă, dar oamenii de știință de la Universitatea din BirminghamȘcoala de Inginerie Chimică a dezvăluit o nouă metodă de creștere a eficienței biocatalizei.
Oamenii de știință au identificat și analizat o bibliotecă de polimeri sintetici pentru capacitatea lor de a induce formarea biofilmului în E. coli. E. coli este o bacterie care este folosită în mod obișnuit în biocataliză.
Acest screening a folosit o tulpină de E. coli (MC4100) utilizată pe scară largă în știința fundamentală pentru a studia genele și proteinele și este cunoscută a fi slabă la formarea de biofilme în comparație cu o altă tulpină de E. coli, PHL644, o tulpină izogenă obținută prin evoluție care este o bun formator de biofilm.
Substanțele chimice care sunt cele mai eficiente în promovarea dezvoltării biofilmului au fost identificate prin această screening. Polimerii ușor cationici au fost depășiți de polimerii hidrofobi, în timp ce derivații aromatici și heteroaromatici au depășit semnificativ polimerii alifatici comparabili.
Monitorizarea biomasei și a activității biocatalitice a ambelor tulpini incubate în prezența acestor polimeri a arătat că MC4100 a egalat și chiar a depășit PHL644.
Descoperirile au indicat că polimerii precipită în soluție și acționează ca coagulanți, stimulând un proces natural numit floculare care declanșează bacteriile să formeze biofilme.
Dr. Francisco Fernández Trillo de la Școala de Chimie* a spus: „Am explorat un spațiu chimic larg și am identificat cele mai bune substanțe chimice și polimeri care cresc activitatea biocatalitică a E. coli, un cal de bătaie în biotehnologie. Acest lucru a dus la o bibliotecă mică de polimeri sintetici care măresc formarea de biofilm atunci când sunt utilizați ca simpli aditivi pentru cultura microbiană. Din cunoștințele noastre, în prezent, nu există metode care să ofere această simplitate și versatilitate atunci când promovează biofilmele pentru bacterii benefice.”
„Acești polimeri sintetici pot ocoli nevoia de a introduce trăsăturile pentru formarea biofilmului prin editarea genelor. Este costisitoare, consumatoare de timp, ireversibilă și necesită o persoană calificată în microbiologie pentru a-l implementa. Credem că această abordare are un impact dincolo de biofilmele pentru biocataliză. O strategie similară ar putea fi folosită pentru a identifica polimerii candidați pentru alte microorganisme, cum ar fi probioticele sau drojdiile, și pentru a dezvolta noi aplicații în știința alimentară, agricultură, bioremediere sau sănătate.
Referința jurnalului:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, et al. Biofilme induse de polimeri pentru biocataliză îmbunătățită. Mater. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
