不同物种的微生物如何共存？ 深圳科学家构建人工微生物部落
来源： 深圳新闻网 2022-07-07 19:17:12
读特客户端·深圳新闻网2022年7月7日讯（记者 叶梅）如何让不同类型的微生物相互交流并行使更多的功能？中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所戴卓君团队在人工合成微生物群落领域，针对跨物种菌群因为竞争关系难以稳定共存的问题，提出了一种灵活、精确的策略及方法构建稳定的跨物种微生物群落。并利用该方法灵活且可控的组装了多种合成菌群，并实现了菌群间的分工与通讯。
相关成果于北京时间2022年7月6日发表于《自然·通讯》，戴卓君为论文通讯作者，课题组王林为论文第一作者，张曦及唐琛望也对文章工作做出了重要贡献。
在自然界中，微生物群落在多个方面发挥着重要作用。如土壤中的微生物菌群在碳循环中发挥重要作用；肠道微生物菌群在代谢营养物质和防止病原体入侵方面发挥着关键作用。
从自然界“取经” 构建人工合成微生物群落
在自然界中，微生物实现群落平衡的一种常用策略是空间分隔，即不同物种在空间上进行有序排布，可以行使分工与交流等群落功能，却不互相干扰。
受大自然的启发，研究团队开发了一种人工的空间分隔方法，构建不同物种的微部落，从而组装多物种的合成微生物群落，该策略灵活且可控的组装了多种合成菌群，并实现了菌群间的分工与通讯。
首先，研究人员构建了尺寸约为400微米，能够包裹微生物的微球(Microbial swarmbot, MSB)。微球具有三维网状交联结构，能允许营养物质、信号分子和代谢物等小分子及蛋白质等生物大分子的自由扩散，但会限制微球内的微生物的运动。由于MSB具有相对独立的生长空间和明确的承载上限。所以，即使菌群中种群的分裂时间不匹配也可以平衡增长。
研究团队分别构建了大肠杆菌，酿酒酵母及毕赤酵母的MSB，并验证了其可以在MSB环境下生长并表达目的蛋白或小分子（大麻萜酚酸），说明MSB环境中不同的微生物可以正常生长、代谢并行使特定的生物学功能。
“如果把微生物群落比喻为一个大部落，那么MSB就像一个小部落，代表一种微生物亚群，它能够与其他MSB交互。通过将包含不同亚群的MSB进行组合，我们进一步构建了微生物群落(Microbial swarmbot consortia, MSBC)。”王林表示。
MSBC平台可实现多种应用，例如，单一物种的MSBC可以共同制造多酶系统；MSBC的不同微生物可以进行分工和交流；光合自养MSBC可以通过光养型微生物将二氧化碳转化为碳源，以维持异养型微生物的生长。
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