微生物は「互いに戦う」のではなく「協力する」、3Dプリント技術は触媒効率を50％以上向上させる

出典：科技日報

微生物は生体触媒として、全細胞触媒または複数細胞の協力によりエネルギー収集、感知、修復、駆動を行うことができ、高効率、温和な条件、高い選択性が特徴です。微生物の細胞同士の連携における従来の方法では、細胞間の成長速度が異なるため、効率が簡単に低下する可能性があります。最近、南京理工大学材料化学工学国家重点実験室は、微生物の時空間配置を制御するための新しい戦略を開発した。この戦略は、新しいタイプの超分子ハイドロゲル材料をキャリアとして準備し、3Dプリントを使用して微生物をそれに融合させることで、微生物細胞の空間制御を実現し、生物学的プロセスの効率を最大化するというものである。関連する結果は、有名なナノ材料ジャーナル「Small」に掲載されました。

△機能化ヒアルロン酸をベースにした二重架橋キャリアの設計「自然界の微生物叢は、しばしば相互協力を通じて共存しています。この特徴を利用して、バイオ製造用の人工多細胞システムを開発することができます。しかし、実際の実験室では、2つの微生物を単に一緒に置くと、それらは「互いに戦い」、一方が成長するともう一方が成長します。これを防ぐために、それらのための「家」を建てて、それぞれの「部屋」にとどまり、協力して作業を完了できるようにできないかと考えました。」南京理工大学の于子怡教授は、研究チームが3Dプリントの方法を思いついたと紹介し、「3Dプリントはそれらを固定位置に配置することができ、3Dプリントは接触表面積を拡大し、生体触媒反応の効率を向上させることもできます。」

印刷可能なマトリックスを生成するために、研究チームは主に官能化ヒアルロン酸とククルビツリルで構成された新しい超分子ハイドロゲル材料を開発しました。超分子ハイドロゲル材料は、微生物の固定や増殖に適しているだけでなく、3D プリント用のバイオインクとしても使用できます。「このタイプのハイドロゲルは、私たちが日常生活で使用している歯磨き粉と非常によく似ています。微生物は特別な『歯磨き粉』の中に留まり、3D 印刷機器は『歯磨き粉』を圧縮して事前に設計された構造を形成し、均一な細胞分布と位置を特定できる細胞を備えた 3D 構造を準備するために使用されます。この構造は、メンテナンス性と歪みの固定性が高いです。」研究により、3D 格子内の微生物は、発酵およびバイオレメディエーションのプロセス中に高い細胞生存率と代謝活動を維持できることがわかっています。

△生体材料の3Dプリントこの生体材料の触媒効率は、単一の微生物を使用する場合と単に混合する場合と比較して、それぞれ80％と50％増加すると報告されています。この技術の全体的な進歩は、国際的に先進的なレベルと並行して進んでいます。この研究は、微生物の生体触媒能力を高めるだけでなく、細菌と藻類の共生系に応用して二酸化炭素を吸収し、微生物の炭素固定レベルを高めることも可能であり、グリーンバイオ製造を通じてカーボンニュートラルを実現するための代替技術アプローチを提供します。

（写真提供：南京理工大学）

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