科學家幫細菌穿上「太空服」,可於惡劣環境製造化學品

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 13 日 13:26 | 分類 生物科技 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

人類前往火星需要穿好太空服,微生物也要。由於某些細菌在厭氧環境下可以將二氧化碳轉化為高價值化學品,科學家因此動腦開發出保護微生物的套裝,未來也許有機會成為火星殖民地的能量來源。



這套細菌太空服由 1 奈米厚的金屬有機骨架材料(Metal Organic Frameworks,MOF)構成,加州大學柏克萊分校材料科學工程系教授楊培東(Peidong Yang)團隊開發。MOF 可以吸收相當多的分子,過去已被開發用作工業碳捕捉過濾器、檢測化學品的「電子鼻」、或是將飲用水和礦物質從海水中分離出來的膜等,而研究團隊將 MOF 拿來當作保護厭氧細菌的衣服。

首先,研究人員將由硫化鎘(CdS)製成的奈米顆粒附著到細菌膜成為一種吸光半導體,接著將一些溢出的自由電子饋送給熱莫爾氏菌(Moorella thermoacetica)和卵形鼠孢菌(Sporomusa ovata),這些厭氧細菌會在清除電子的循環中形成化合物,比如工業常見原料醋酸鹽(acetate)。

只不過,該循環過程同時也會生成對細菌有害的氧氣和活性氧分子,此時 MOF 外衣就派上用場,它在包覆細菌的同時,也會第一時間分解嘗試進入細菌內的氧化物。

實驗中,被 MOF 外衣包覆的厭氧菌存活時間比普通厭氧菌還要長 5 倍,雖然 MOF 多少干擾了細菌正常的生長與分裂過程,但 MOF 也足夠柔軟,給予細菌有一定的膨脹空間。

團隊表示,如果地球微生物未來可以發揮一己所長,就能在外星球人造環境中(太空船上、棲息地等)生產所需化學物質、燃料、甚至肥料等,今天挑選的厭氧菌用來製造醋酸鹽,以後也可以挑選其他細菌來製造甲烷或酒精。新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:加州大學柏克萊分校

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