研究团队开发土壤仿生材料,帮助肠道微生态
广东科技报讯(记者 刘肖勇 通讯员 丁宁宁)北京时间10月25日发表在《自然化学》上的一项最新研究表明,吃土还可以调节肠道微生物组,治疗肠炎!
受土壤成分的启发,科研团队通过人工合成构建了由蒙脱土(天然土壤成分,俗称观音土)、淀粉颗粒和液态金属组成的土壤仿生材料,具有调节微生物功能的特点。这种具有响应性和调节功能的新材料不仅可以提高微生物合成化学品的效率,还可以调节肠道菌群紊乱,恢复肠道微生态,在生物制造和生物医学领域具有应用潜力。
该结果由芝加哥大学完成,田博志教授是文章通信的作者,林宜良是文章的第一作者和共同通信的作者,中国科学院深圳先进技术研究所合成生物学研究所副研究员高翔是文章的第一作者。
合成多孔土壤仿生材料的冰模板法。研究小组提供图纸
能指挥微生物的人造土
自然环境中的微生物群落是一个重要但尚未得到充分研究的领域。土壤被公认为地球系统中最复杂、最丰富的生物多样性环境。据统计,每克土壤中的微生物数量可达数百亿、数百万种、数千种菌落、200米以上菌丝等,土壤中原核生物的多样性大于自然界中其他生物种的总和。
受土壤结构和成分的启发,研究团队开发了一种新的土壤仿生材料,并建立了一个化学系统,可以让添加化学系统微生物种植,通过物理刺激,想要传递信息到群体微生物,原来的休闲微生物收到信息可以进行创新工作。
土壤仿生材料可以响应激光、溶剂、外力等,使材料从原子到宏观水平的化学不均匀变化,实现化学再分配、传感、写入和擦除化学系统的不同组分,发挥新的功能,研究团队可以在此基础上进行更多的系列研究。
我们使用自下而上的方法来模拟土壤中的矿物质、有机相和流动相合成一个新的化学系统,化学系统是一种土壤仿生材料,可以增强微生物代谢,改善生物基化合成,丰富肠道微生物组多样性,调节体内细菌紊乱。高翔说。
完美结合纳米结构矿物质、淀粉颗粒和液态金属是研究过程中的一个难点,三种元素的比例分配和功能是必不可少的。研究小组使用了3个D-X射线荧光光谱和叠层衍射成像表示构建系统的结构和功能,并反复调整以确保材料的最佳效果。
可食用人造土帮助肠道微生态示意图。研究团队提供图纸
科学的吃土可以治疗肠道疾病
从自然界中无机与有机结合的思考,到创新地将无处不在的土壤应用到科学研究中,模仿土壤结构,更好地将材料与微生物结合起来,是科研团队在材料领域的又一创新突破。
那么,如何证明研究结果对肠道微生物有调节作用呢?
为此,研究小组建立了肠道微生物紊乱的小鼠模型。小鼠吃研究小组开发的土壤仿生材料后,发现其紊乱的肠道微生物菌群恢复,重建生态模型;此外,该材料还可用于治疗葡聚糖硫酸钠诱导急性肠炎。通过土壤仿生材料对小鼠模型的治疗实验,确认肠道微生物群的调节功能和治疗肠炎, 说明吃土可以治疗肠道疾病。
高翔说:我们的研究成果主要有两个应用领域,一是促进微生物生长,提高微生物合成生物基化学品的效率,二是调节肠道微生态,达到治疗肠道疾病的效果。
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