Forskarna screenade syntetiska polymerer för deras förmåga att inducera biofilmbildning i en stam av E. coli (MC4100), som är känd för att vara dålig på att bilda biofilmer. De övervakade också biomassan och biokatalytisk aktivitet för både MC4100 och PHL644 (en bra biofilmbildare), inkuberade närvaron av dessa polymerer och fann att MC4100 matchade och till och med överträffade PHL644. Kredit:EzumeImages
Forskare från Birmingham har avslöjat en ny metod för att öka effektiviteten i biokatalys, i en artikel publicerad idag i Materials Horizons .
Biokatalys använder enzymer, celler eller mikrober för att katalysera kemiska reaktioner, och används i miljöer som livsmedels- och kemisk industri för att tillverka produkter som inte är tillgängliga genom kemisk syntes. Den kan producera läkemedel, finkemikalier eller livsmedelsingredienser i industriell skala.
En stor utmaning inom biokatalys är dock att de mest använda mikroberna, såsom probiotika och icke-patogena stammar av Escherichia coli, inte nödvändigtvis är bra på att bilda biofilmer, de tillväxtfrämjande ekosystemen som bildar en skyddande mikromiljö runt samhällen av mikrober och öka deras motståndskraft och på så sätt öka produktiviteten.
Detta problem löses normalt genom genteknik, men forskarna Dr. Tim Overton från universitetets School of Chemical Engineering och Dr. Francisco Fernández Trillo från School of Chemistry, som båda är medlemmar av Institute of Microbiology and Infection, gav sig ut. att skapa en alternativ metod för att kringgå denna kostsamma och tidskrävande process.
Forskarna identifierade ett bibliotek av syntetiska polymerer och screenade dem för deras förmåga att inducera biofilmbildning i E. coli, en bakterie som är en av de mest studerade mikroorganismerna och som ofta används i biokatalys.
Denna screening använde en stam av E. coli (MC4100) som används flitigt inom fundamental vetenskap för att studera gener och proteiner och som är känd för att vara dålig på att bilda biofilmer, och jämförde den med en annan E. coli-stam PHL644, en isogen stam som erhålls genom evolution som är en bra biofilmsbildare.
Denna screening avslöjade den kemi som är bäst lämpad för att stimulera biofilmbildning. Hydrofoba polymerer överträffade milt katjoniska polymerer, med aromatiska och heteroaromatiska derivat som presterade mycket bättre än motsvarande alifatiska polymerer.
Forskarna övervakade sedan biomassan och den biokatalytiska aktiviteten hos båda stammarna som inkuberade närvaron av dessa polymerer och fann att MC4100 matchade och till och med överträffade PHL644.
Ytterligare studier undersökte hur polymererna stimulerar dessa djupgående ökningar i aktivitet. Här indikerade forskningen att polymererna fälls ut i lösning och fungerar som koagulanter, vilket stimulerar en naturlig process som kallas flockning som får bakterier att bilda biofilmer.
Dr Fernandez-Trillo sa:"Vi utforskade ett brett kemiskt område och identifierade de bäst presterande kemin 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 biofilmen. bildning 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 man främjar biofilmer för nyttiga bakterier."
"Dessa syntetiska polymerer kan kringgå behovet av att introducera egenskaperna för biofilmbildning genom genredigering, vilket 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 såsom probiotika eller jästsvampar, och utveckla nya tillämpningar inom livsmedelsvetenskap, jordbruk, biosanering eller hälsa."
University of Birmingham Enterprise har lämnat in en patentansökan för metoden och polymertillsatser, och söker nu kommersiella partners för licensiering. + Utforska vidare
