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微生物所在微生物合成生物醫(yī)學(xué)材料研究中取得進(jìn)展
地球上存在著一類喜歡生活在高鹽環(huán)境中的微生物，極端的生活環(huán)境使這類嗜鹽微生物進(jìn)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(yīng)機(jī)制提供了重要啟示，同時(shí)也為其特殊功能和代謝產(chǎn)物的利用提供了可能。中國科學(xué)院微生物研究所向華研究組一方面從事極端嗜鹽古菌遺傳機(jī)制（如基因組復(fù)制和CRISPR功能）的基礎(chǔ)研究，另一方面長期開展嗜鹽微生物合成生物可降解塑料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。通過10余年的系統(tǒng)工作，該團(tuán)隊(duì)已從基因組層面系統(tǒng)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(guān)鍵酶、關(guān)鍵途徑和相關(guān)調(diào)控因子，并利用代謝工程提高了PHBHV的產(chǎn)量。近兩年，向華團(tuán)隊(duì)以此為基礎(chǔ)，在利用嗜鹽古菌合成高附加值生物醫(yī)學(xué)材料基礎(chǔ)研究方面又取得了系列新的進(jìn)展。
地中海富鹽菌可利用多種廉價(jià)碳源高效合成3HV單體比例恒定(~10 mol%)的PHBHV，并可采用水提法方便地提取，因此具有重要的工業(yè)開發(fā)潛力。針對該菌合成PHBHV種類較單一的問題，向華團(tuán)隊(duì)以該菌為細(xì)胞工廠，通過發(fā)酵工程技術(shù)合成了具有不同單體聚合方式的系列R-PHBHV和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，如材料的斷裂伸長率由5%提高到了508%。有趣的是，O-PHBHV同時(shí)含有無規(guī)共聚物片段和嵌段共聚物片段，膜表面具有規(guī)則的微米級孔洞，表現(xiàn)出了優(yōu)良的凝血性能，可以作為潛在的創(chuàng)傷修復(fù)材料，相關(guān)工作前期已發(fā)表在Biomacromolecules, 2015,16:578-588上。為了進(jìn)一步推動嗜鹽微生物合成的PHBHV在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的高附加值應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)對材料在模擬體液（含有脂肪酶的PBS）和兔子體內(nèi)的降解性能以及生物相容性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。與PLA（FDA批準(zhǔn)的生物醫(yī)用高分子材料）以及細(xì)菌來源的Reu-PHB和Reu-PHBHV相比，嗜鹽微生物來源的PHBHV更有利于成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞的貼附和增殖，表現(xiàn)出了更好的細(xì)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(xiàn)出不同的降解速度。其中，膜表面具有微米孔洞的O-PHBHV降解得*快，這是首個(gè)被報(bào)道降解速度快于PLA的PHA材料。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植入兔子皮下，與細(xì)菌材料和PLA相比嗜鹽古菌PHBHV僅僅引起了輕微的炎癥反應(yīng)。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(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)工作*近發(fā)表在生物材料期刊Biomaterials, 2017,139:172-186上。
上述*新進(jìn)展為進(jìn)一步開發(fā)極端微生物資源、合成高附加值生物醫(yī)用材料開拓了新的方向，也將提升嗜鹽微生物PHBHV在疤痕愈合、軟骨修復(fù)、神經(jīng)修復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域中的醫(yī)用價(jià)值。向華團(tuán)隊(duì)青年學(xué)術(shù)骨干韓靜（副研究員，中科院青促會2015年度會員）是上述兩篇論文的作者，向華為通訊作者。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金（重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目）及中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的資助。
原創(chuàng)作者：上海遠(yuǎn)慕生物科技有限公司
