Ny metode til at fremme biofilmdannelse og øge effektiviteten af ​​biokatalyse

Forskere fra Birmingham har afsløret en ny metode til at øge effektiviteten i biokatalyse, i et papir offentliggjort i dag i Materials Horizons .

Biokatalyse bruger enzymer, celler eller mikrober til at katalysere kemiske reaktioner og bruges i omgivelser som fødevare- og kemiske industrier til at fremstille produkter, der ikke er tilgængelige ved kemisk syntese. Det kan producere lægemidler, finkemikalier eller fødevareingredienser i industriel skala.

En stor udfordring i biokatalyse er imidlertid, at de mest almindeligt anvendte mikrober, såsom probiotika og ikke-patogene stammer af Escherichia coli, ikke nødvendigvis er gode til at danne biofilm, de vækstfremmende økosystemer, der danner et beskyttende mikromiljø omkring samfund af mikrober og øge deres modstandsdygtighed og dermed øge produktiviteten.

Dette problem løses normalt ved gensplejsning, men forskerne Dr. Tim Overton fra universitetets School of Chemical Engineering og Dr. Francisco Fernández Trillo fra School of Chemistry, som begge er medlemmer af Institute of Microbiology and Infection, satte ud. at skabe en alternativ metode til at omgå denne dyre og tidskrævende proces.

Forskerne identificerede et bibliotek af syntetiske polymerer og screenede dem for deres evne til at inducere biofilmdannelse i E. coli, en bakterie, der er en af ​​de mest undersøgte mikroorganismer og almindeligvis brugt i biokatalyse.

Denne screening brugte en stamme af E. coli (MC4100), der er meget brugt i fundamental videnskab til at studere gener og proteiner og er kendt for at være dårlig til at danne biofilm, og sammenlignede den med en anden E. coli stamme PHL644, en isogen stamme opnået vha. evolution, der er en god biofilmdanner.

Denne screening afslørede den kemi, der er bedst egnet til at stimulere biofilmdannelse. Hydrofobe polymerer klarede sig bedre end mildt kationiske polymerer, med aromatiske og heteroaromatiske derivater, der ydede meget bedre end de tilsvarende alifatiske polymerer.

Forskerne overvågede derefter biomassen og den biokatalytiske aktivitet af begge stammer, der inkuberede tilstedeværelsen af ​​disse polymerer, og fandt ud af, at MC4100 matchede og endda overgik PHL644.

Yderligere undersøgelser undersøgte, hvordan polymererne stimulerer disse dybe stigninger i aktivitet. Her viste forskningen, at polymererne udfældes i opløsning og fungerer som koagulanter, der stimulerer en naturlig proces kaldet flokkulering, der udløser bakterier til at danne biofilm.

Dr. Fernandez-Trillo sagde:"Vi udforskede et bredt kemisk rum og identificerede de bedst ydende kemier og polymerer, der øger den biokatalytiske aktivitet af E. coli, en arbejdshest inden for bioteknologi. Dette har resulteret i et lille bibliotek af syntetiske polymerer, der øger biofilmen dannelse, når det bruges som simple additiver til mikrobiel kultur. Så vidt vi ved, er der i øjeblikket ingen metoder, der giver denne enkelhed og alsidighed, når de promoverer biofilm for gavnlige bakterier."

"Disse syntetiske polymerer kan omgå behovet for at introducere egenskaberne for biofilmdannelse gennem genredigering, hvilket er dyrt, tidskrævende, ikke-reversibelt og kræver en faglært person i mikrobiologi for at implementere det. Vi mener, at denne tilgang har en indflydelse ud over biofilm til biokatalyse. En lignende strategi kunne anvendes til at identificere kandidatpolymerer til andre mikroorganismer, såsom probiotika eller gær, og udvikle nye applikationer inden for fødevarevidenskab, landbrug, bioremediering eller sundhed."

University of Birmingham Enterprise har indgivet en patentansøgning for metoden og polymeradditiver og søger nu kommercielle partnere til licensering. + Udforsk yderligere

Nye syntetiske polymerer kan føre til større afgrødeudbytter for landmænd