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嗜鹽微生物合成醫學材料研究取得新進展

嗜鹽微生物合成醫學材料研究取得新進展

本報訊 地球上存在著一類喜歡生活在高鹽環境中的微生物,極端的生活環境使這類嗜鹽微生物進化出了特殊的生存能力。對嗜鹽微生物的研究不僅為探索生命的極限適應機制提供了重要啟示,同時也為其特殊功能和代謝產物的利用提供了可能。

通過10餘年的系統工作,科學院微生物研究所向華研究組已從基因組層面系統闡明了以地中海富鹽菌為代表的嗜鹽古菌參與生物可降解塑料PHBHV合成與降解的關鍵酶、關鍵途徑和相關調控因子,並利用代謝工程提高了PHBHV的產量,是嗜鹽古菌合成生物可降解塑料領域的系統性突破。

近日,該團隊以此為基礎,在利用嗜鹽古菌合成高附加值生物醫學材料基礎研究方面又取得了新的進展,上述最新進展已於近期發表在生物材料學領域知名期刊Biomaterials(《生物材料》)上。論文第一作者韓靜博士指出:最新進展為進一步開發極端微生物資源、合成高附加值生物醫用材料開拓了新的方向,也將提升嗜鹽微生物PHBHV在疤痕癒合、軟骨修復、神經修復等多個領域中的醫用價值。

地中海富鹽菌可利用多種廉價碳源高效合成3HV單體比例恆定(~10 mol%)的PHBHV,並可採用水提法方便地提取,因此具有重要的工業開發潛力。針對該菌合成PHBHV種類較單一的問題,向華團隊以該菌為細胞工廠,通過發酵工程技術合成了具有不同單體聚合方式的系列無規共聚物R-PHBHV和高規整共聚物O-PHBHV。聚合物的3HV單體含量由10 mol%提高到了60 mol%,豐富了嗜鹽菌PHBHV的材料性能,如新合成的PHBHV的斷裂伸長率由5%提高到了508%。

為了進一步推動嗜鹽微生物合成的PHBHV在再生醫學領域的高附加值應用,該團隊對材料在模擬體液(含有脂肪酶的PBS)和兔子體內的降解性能以及生物相容性進行了系統研究。與PLA(FDA批准的生物醫用高分子材料)以及細菌來源的Reu-PHB和Reu-PHBHV相比,嗜鹽微生物來源的PHBHV更有利於成纖維細胞和成骨細胞的貼附和增殖,表現出了更好的細胞相容性。嗜鹽微生物合成的PHBHV在兔子皮下的降解速度要比在模擬體液中的降解速度快,且不同材料表現出不同的降解速度。向華研究組發現,當植入兔子皮下,與細菌材料和PLA相比,嗜鹽古菌PHBHV僅僅引起了輕微的炎症反應。因此,嗜鹽微生物合成的PHBHV具有多樣化的降解速度和良好的生物相容性,暗示這類材料將在不同的生物醫藥領域具有廣闊的應用前景。(王心怡)

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