《突破 | 中国科学院物构所光固化3D打印微生物活性体研究获进展》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2022-11-16
  • 近年来,水体富营养化对水生态平衡和人类健康造成危害。固定化微生物技术是利用物理或化学方法将游离微生物细胞限制在一定空间区域内,既能免受流水冲刷流失、可重复循环利用,又能保持生物活性,可有效去除水体中的污染物,但因现有材料及制作方法的限制而未得到广泛应用。

    3D生物打印技术是依托于信息技术、精密机械及材料科学等多学科发展起来的尖端技术。它可将生物材料、活细胞、活细菌等生物体、进行逐层定位来组装成一个复杂的三维活性体,并能实现不同的功能组件进行空间的组装,为固定化微生物提供了新思路。然而,制备出具有环境污染物修复功能的3D打印微生物活性结构功能体仍未得到充分研究。

    光固化3D打印微生物活性结构功能体及其在污水处理中的应用

    中国科学院福建物质结构研究所吴立新团队与中国科学院城市环境研究所于昌平团队合作,开发了一种含有异养硝化细菌的新型双网络交联PEGDA-藻酸盐-PVA-纳米粘土(PAPN)高分子微生物3D打印墨水。研究人员利用挤出式3D打印技术,打印了具有去除污水中氨氮的PAPN微生物活性功能体。该3D打印生物活性功能体可在12 h内有效去除污水中96.2±1.3 %氨氮,且在模拟常温、无培养基的运输模式下保存168 h后,仍保持去除氨氮的微生物活性,具有环境友好、可定制化制备、重复利用等优势。这将提升3D生物打印技术在水污染治理等方面的应用潜力。

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  • 《中国科学院微生物研究所研究发现裂谷热病毒治疗性抗体》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2019-04-11
    • 裂谷热病毒(Rift Valley fever virus,RVFV)属于布尼亚病毒目白纤病毒科白蛉病毒属。经蚊虫传播,可感染动物和人。RVFV可引起反刍动物流产,而且患病幼崽死亡率近100%,历史上RVFV曾对畜牧业造成多次重创。人感染后通常出现发热、头痛、出血、休克等症状,严重者甚至死亡。2000年至2018年6月,全球向WHO通报RVFV重症感染病例4830例,其中967例死亡病例,病死率近20%。然而,自1931年鉴定以来,目前仍无商业化的人用疫苗和特异性治疗药物。RVFV的流行地区主要集中在非洲,但是2000年,RVFV突破地域限制,登陆阿拉伯半岛,在沙特阿拉伯和也门地区造成大范围疫情。2016年,我国也报道一例输入病例。因此,RVFV是典型的、可造成新发突发传染病疫情的高危病原。 中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程重点实验室研究员严景华长期从事治疗性抗体和新型疫苗研究,研发了针对MERS冠状病毒(MERS-CoV)的新型疫苗及在动物模型上有预防和保护作用的MERS-CoV人源化抗体。严景华与中国科学院院士、微生物所微生物与免疫学重点实验室研究员高福合作,曾率先筛选出Zika病毒人源中和抗体。此次两个团队再次合作,面向国家重大需求,在一例RVFV感染的康复病人体内率先分离到高效中和RVFV感染的单克隆抗体。该抗体在小鼠模型上能有效治疗RVFV感染,有望成为治疗其感染的候选药物。4月1日,该研究成果以Neutralization mechanism of human monoclonal antibodies against Rift Valley fever virus 为题发表在《自然-微生物学》(Nature Microbiology)上。 RVFV病毒表面含有Gn和Gc两种囊膜蛋白,是负责病毒与细胞粘附和膜融合的关键蛋白。高福团队曾率先解析白蛉病毒属重症伴血小板减少综合征病毒(SFTSV)与RVFV的Gn的结构。针对RVFV的感染,研究团队首先检测到一例RVFV感染患者体内存在高水平的Gn和Gc的结合抗体,说明Gn与Gc可以同时激发人体的免疫反应。因此以Gn和Gc为“诱饵”,研究团队从康复患者的体内筛选到8株结合Gn及1株结合Gc的抗体。然后,通过细胞水平的中和实验,研究团队发现靶向Gn的抗体具有极高的中和活性。相比之下,分离到的Gc抗体则显示出较弱的中和活性。相应地,在小鼠感染模型上,Gn特异性抗体也显示良好的预防和治疗RVFV感染的效果,而Gc抗体则无明显保护作用。研究团队进一步通过流式分析发现Gn抗体可以阻断Gn蛋白以及RVFV病毒粒子对易感细胞的粘附,而Gc抗体则没有这样的效果。这些结果说明Gn抗体通过结合到病毒粒子上的Gn,阻断病毒与细胞的粘附,从而中和RVFV的感染。研究团队分别解析了Gn与4株中和抗体的复合物结构,鉴别出Gn的结构域I(domain I, DI)上存在3个中和抗体结合位点(A,B与C),其中抗原位点A与B是中和抗体的结合热点,超过半数的Gn抗体都靶向A与B。 此项研究首次揭示出RVFV感染人体时Gn是优势抗原,并且Gn上存在至少2个中和抗体的结合热点,这为RVFV疫苗的设计提供重要的理论基础。更为重要的是,研究团队筛选、分离到的高效人源中和抗体将成为预防和治疗RVFV感染的重要候选药物。
  • 《中国科学院海洋研究所在诠释深海锰结壳生物矿化研究中获得突破》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-12-21
    • 近日,中国科学院海洋研究所刘建国研究员课题组在深海微生物主导参与锰结核成矿研究上取得重要突破,相关结果以2篇研究论文分别在国际TOP学术期刊Chemosphere(IF=8.94)和Ecotoxicology and Environmental Safety(IF=7.129)上发表,该成果诠释了微生物代谢在锰离子富集及成矿中的作用机制。 锰结壳广泛分布于2000米以深的海底,在密集区每平米可达到百公斤以上,全球海底总储量估计约3万亿吨以上,是重要的战略性矿产资源。海底锰结壳通常生长于海底坚硬的海山或基岩上,其成因可能与深海特殊地质环境的物理化学条件或生物过程有关,但至今尚未有一致的观点。除了海底地质环境和物理化学条件以外,微生物矿化作用也非常值得关注。一些微生物的成矿效率可达物理化学作用的105倍以上,在锰结壳形成过程中可能发挥着重要作用。 研究团队从深度为~2500 m西太平洋海底获得的锰结壳样品中,首先分离获得一株耐高浓度锰离子的深海菌株寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp. MNB17),进而利用该菌株开展模式实验。结果表明:单胞菌菌株MNB17直接参与锰元素的富集与成矿过程,并证实其催化成矿类型与锰离子浓度有关,即锰离子浓度的高低决定着不溶性的碳酸锰和氧化锰形成。其中,在相对低浓度中,菌株MNB17可形成以菱锰矿(JCPDS#44–1472)为主的矿物;而在相对高浓度中,则形成以氧化锰矿(JCPDS#81–2261)为主的矿物。 研究团队通过代谢组学诠释了菌株在不同锰离子浓度下如何调控形成不同锰矿的过程。结果表明:在不同锰浓度下该菌株的能量代谢存在明显差异。其中,在相对低浓度锰离子溶液中,菌株MNB17有氧及无氧呼吸旺盛,同时脂肪酸发生降解,可为菌株代谢提供充足的能量,进行氨化作用形成菱锰矿;而在相对高浓度锰离子溶液中,菌株有氧及无氧呼吸下降,导致氨化作用减弱,负责锰离子氧化的多铜氧化酶的表达显著提高,因此氧化锰矿占比相应增加。此外,研究人员还通过向高浓度锰离子溶液中添加外源有氧呼吸底物,成功地将氧化锰矿转变为菱锰矿,验证菌株MNB17可通过调节能量代谢,参与不同浓度锰离子中的成矿过程,并决定最终成矿类型。 研究团队的另一结果还发现:高浓度锰离子条件下,菌株胞内ROS生成明显增加,ROS也参与催化氧化锰矿的形成。转录组学揭示:在锰离子培养条件下,菌株MNB17的组氨酸合成通路基因显著上调。组氨酸是α-酮戊二酸的前体,α-酮戊二酸通过非酶催化反应消除胞内过剩的ROS,减少氧化锰矿的生成。在此基础上,研究人员通过向高浓度锰离子溶液中外源添加组氨酸,成功地将氧化锰矿转变为菱锰矿,进而也验证了组氨酸代谢也参与了菌株MNB17锰成矿形式。 上述成果为微生物参与锰矿形成过程提供了实验证据,并诠释了其作用机制。我所实验海洋生物学重点实验室藻类与藻类生物技术团队的杨娜副研究员为上述论文的通讯作者,深海极端环境与生命过程中心张国良研究员在研究中做出了突出贡献。研究得到了中国科学院战略先导B专项和青岛海洋科学与技术试点国家实验室项目资助。 论文链接: Fuhang Song, Guoliang Zhang, Xiuli Xu, Steven W. Polyak, Kai Zhang, Honghua Li, Na Yang*. 2022. Role of intracellular energy metabolism in Mn(Ⅱ) removal by the novel bacterium Stenotrophomonas sp. MNB17. Chemosphere, 308,136435. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136435 Fuhang Song, Guoliang Zhang, Honghua Li, Linlin Ma, Na Yang*. 2022. Comparative transcriptomic analysis of Stenotrophomonas sp. MNB17 revealed mechanisms of manganese tolerance at different concentrations and the role of histidine biosynthesis in manganese removal. Ecotoxicology and Environmental Safety, 244, 114056. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114056