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科學(xué)“吃土”可治療腸道疾病 是可以指揮微生物的“人造土”

2022-10-28 08:33:06來(lái)源:深圳商報

“吃土”能治腸道疾病了。北京時(shí)間10月25日,《自然-化學(xué)》雜志發(fā)表的一項最新成果顯示,科學(xué)家們受土壤組分啟發(fā),通過(guò)人工合成的方法構建由蒙脫土(天然土壤成份,俗稱(chēng)“觀(guān)音土”)、淀粉顆粒和液態(tài)金屬三種組分組成的土壤仿生材料,具有調控微生物功能的特質(zhì)。

據悉,這一新材料不僅能提高微生物合成化學(xué)品的效率,還能調節腸道菌群失調,恢復腸道微生態(tài),在生物制造和生物醫藥領(lǐng)域有應用潛力。

該成果由芝加哥大學(xué)完成,中科院深圳先進(jìn)院副研究員高翔為文章共同第一作者。

可以指揮微生物的“人造土”

自然環(huán)境中的微生物群落是一個(gè)重要但未被充分研究的領(lǐng)域,土壤被公認是地球系統生物多樣性最為復雜和豐富的環(huán)境。據統計,每克土壤中微生物的數量可達上百億個(gè)、種類(lèi)可達上百萬(wàn)種,以及成千上萬(wàn)的菌落、超過(guò)200米的菌絲等等,土壤中原核生物的多樣性比自然界中其他生物物種的總和要大三個(gè)數量級。

受土壤結構及組成成分的啟發(fā),研究團隊開(kāi)發(fā)出一種新的土壤仿生材料,并構建了一種化學(xué)系統,可以讓“加入”該化學(xué)系統的微生物們定植,通過(guò)物理刺激的方法,將想要傳遞的信息發(fā)送給該團體中的微生物們,原本“清閑”的微生物們接收到信息后便可進(jìn)行“創(chuàng )新性工作”。

土壤仿生材料可以對激光、溶劑、外力等進(jìn)行響應,使材料從原子到宏觀(guān)水平發(fā)生化學(xué)非均質(zhì)性變化,實(shí)現該化學(xué)系統中不同的組分進(jìn)行化學(xué)再分配、傳感和寫(xiě)入及擦除的修改,從而發(fā)揮新的功能??蒲袌F隊便可在此基礎上進(jìn)行更多的系列研究。

“我們使用了自下而上的方法去模擬土壤中的礦物質(zhì)、有機相和流動(dòng)相來(lái)合成一種新的化學(xué)系統。該化學(xué)系統為一種土壤仿生材料,可以在體外增強微生物代謝和提高生物基化學(xué)品的合成,豐富病理條件下的腸道微生物組多樣性,調節體內細菌失調。”高翔表示。

將納米結構礦物質(zhì)、淀粉顆粒和液態(tài)金屬完美結合是研究過(guò)程的一個(gè)難點(diǎn),三種元素的比例調配及功能缺一不可。為此研究團隊使用了3D-X射線(xiàn)熒光光譜和疊層衍射成像來(lái)表征構建系統的結構和功能,反復調整以確保材料的最優(yōu)效果。

科學(xué)“吃土”可治療腸道疾病

從自然界中無(wú)機和有機結合的思考,到創(chuàng )新性地將隨處可見(jiàn)的土壤應用到科學(xué)研究中,仿照土壤結構將材料與微生物更好結合,這是在材料領(lǐng)域的又一創(chuàng )新突破。

那么,如何證實(shí)研究成果對腸道微生物具有調節作用呢?

為此,研究團隊建立了一個(gè)腸道微生物發(fā)生紊亂的小鼠模型,小鼠“吃”掉研究團隊開(kāi)發(fā)的土壤仿生材料后,發(fā)現其紊亂的腸道微生物菌群有所恢復,并重新建立生態(tài)模型;另外,發(fā)現該材料還可以用于治療葡聚糖硫酸鈉誘導形成急性的腸炎。通過(guò)土壤仿生材料對小鼠模型治療實(shí)驗,證實(shí)對腸道微生物群的調節功能和治療腸炎,說(shuō)明“吃土”可以治療腸道疾病。

“我們的研究成果主要有兩個(gè)應用領(lǐng)域,一個(gè)是促進(jìn)微生物的生長(cháng)并提高微生物合成生物基化學(xué)品的效率,另一個(gè)調節腸道微生態(tài),從而達到治療腸道疾病的效果。”高翔說(shuō)。深圳商報首席記者 袁斯茹

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