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酶加MOF“外套”,讓細胞開掛

來源: X-MOL 2017-07-03 17:22:37

與人類一樣,微生物的生存同樣需要“食物”,很多時候,它們比我們更加“挑食”。比如,釀酒酵母只能以葡萄糖作為食物,而不能“消化”乳糖。這是因為這類真核細胞缺乏乳糖的代謝途徑,因此難以在葡萄糖匱乏的環境中生存。最近,奧地利格拉茨技術大學的Paolo Falcaro教授與澳大利亞新南威爾士大學的Kang Liang博士做了一項有趣的工作,他們利用酶和金屬有機框架(MOF)材料給酵母菌設計了一件神奇的“外套”——它能夠將環境中酵母菌不能利用的乳糖轉化為可利用的葡萄糖。穿上這件“外套”,酵母細胞可以直接開掛,在原本無法生存的乳糖環境中活的瀟瀟灑灑。相關研究論文發表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。


“穿外套”過程如下:首先,酵母菌表面荷負電,可以通過靜電相互作用在表面吸附一層β半乳糖苷酶;然后,將細胞置于ZIF-8前驅體溶液中,通過如此簡單的過程就可以在酵母菌表面形成一層酶與ZIF-8組成的外骨架。當然,這件“外套”也很容易脫去,讓酵母菌恢復常態。


酵母菌“外套”的厚度大概在100 nm左右,能夠將培養液中的乳糖分解為單醣,供給酵母菌享用。有趣的是,如果酵母菌僅僅吸附了β半乳糖苷酶但沒有包覆ZIF-8,將其放在含有乳糖的培養液中,則無法檢測到葡萄糖的生成。作者認為這可能是由于酵母菌內吞并降解了β半乳糖苷酶,因此,ZIF-8層不僅能夠保護細胞免受外部毒素和輻射的影響,同時也能保護酶不被酵母菌內吞而降解。


穿上這件“外套”后,酵母菌的生存能力如何了呢?研究者向培養液中分別加入了對酶和酵母菌有害的物質,或加入蛋白酶或能裂解酵母菌的溶壁酶。結果表明,在各種環境下,包覆了酶與ZIF涂層的酵母菌都能很好的生存,7天后依然有70%以上的酵母菌存活。而相比之下,沒有開掛的“裸”酵母菌,7天后還能存活的少得可憐。


這項工作為我們提供了一條新的思路:利用“MOF+酶”的組合能夠為細胞提供具有各種功能的外骨架,從而更好面對艱苦環境,或者實現更多有趣的功能。同樣,本文中對MOF的應用相當有創意,MOF的未來發展方向又多了一種可能。


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