Biofilmers inneboende motståndskraft mot miljöförhållanden gör dem till en attraktiv plattform för biokatalys, biosanering, jordbruk eller konsumenthälsa. En av de största utmaningarna inom dessa områden är dock att nyttiga bakterier inte nödvändigtvis är bra på att bilda biofilm.
Genteknik löser normalt detta problem, men forskare från Birmingham universitet's School of Chemical Engineering har avslöjat en ny metod för att öka effektiviteten i biokatalys.
Forskare identifierade och screenade ett bibliotek av syntetiska polymerer för deras förmåga att inducera biofilmbildning i E. coli. E.coli är en bakterie som ofta används i biokatalys.
Denna screening använde en stam av E. coli (MC4100) som används allmänt inom fundamental vetenskap för att studera gener och proteiner och är känd för att vara dålig på att bilda biofilmer jämfört med en annan E. coli-stam, PHL644, en isogen stam erhållen genom evolution som är en bra biofilmsformare.
De kemikalier som är mest effektiva för att främja biofilmutveckling identifierades genom denna screening. Milt katjoniska polymerer överträffades av hydrofoba polymerer, medan aromatiska och heteroaromatiska derivat avsevärt överträffade de jämförbara alifatiska polymererna.
Övervakning av biomassan och biokatalytisk aktivitet hos båda stammarna inkuberade i närvaro av dessa polymerer visade att MC4100 matchade och till och med överträffade PHL644.
Fynden visade att polymererna fälls ut i lösning och fungerar som koagulanter, vilket stimulerar en naturlig process som kallas flockning som utlöser bakterier att bilda biofilmer.
Dr Francisco Fernández Trillo från School of Chemistry* sa, "Vi utforskade ett brett kemiskt område och identifierade de bäst presterande kemierna och polymererna som ökar den biokatalytiska aktiviteten hos E. coli, en arbetshäst inom bioteknik. Detta har resulterat i ett litet bibliotek av syntetiska polymerer som ökar biofilmbildningen när de används som enkla tillsatser till mikrobiell kultur. Så vitt vi vet finns det för närvarande inga metoder som ger denna enkelhet och mångsidighet när vi marknadsför biofilmer för nyttiga bakterier."
"Dessa syntetiska polymerer kan kringgå behovet av att introducera egenskaperna för biofilmbildning genom genredigering. Det är kostsamt, tidskrävande, icke-reversibelt och kräver en skicklig person inom mikrobiologi för att implementera det. Vi tror att detta tillvägagångssätt har en inverkan bortom biofilmer för biokatalys. En liknande strategi skulle kunna användas för att identifiera kandidatpolymerer för andra mikroorganismer som probiotika eller jästsvampar och utveckla nya tillämpningar inom livsmedelsvetenskap, jordbruk, biosanering eller hälsa."
Tidskriftsreferens:
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, et al. Polymerinducerade biofilmer för förbättrad biokatalys. Mater. Horiz., 2022. DOI: 10.1039/D2MH00607C
