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費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌具有導(dǎo)電或發(fā)光功能

受天然材料如骨骼的啟發(fā)，研究員誘使細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生生物膜，能夠摻入非生活物質(zhì)，如金納米顆粒和量子點(diǎn)。這些“活性物質(zhì)”結(jié)合了活細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)，它們能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)，產(chǎn)生復(fù)雜的生物分子，并能跨越多個(gè)尺度，而且還具有非生活物質(zhì)的益處，即增加功能如傳導(dǎo)電流或發(fā)光。

選擇費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌作為研究對(duì)象，因?yàn)樗焐湍墚a(chǎn)生包含所謂的“curli 纖維”的生物膜，淀粉樣蛋白有助于大腸桿菌粘附到表面。每個(gè)curli 纖維是從相同的稱(chēng)為CsgA的蛋白亞基的循環(huán)鏈中產(chǎn)生的，能夠通過(guò)增加稱(chēng)為肽的蛋白片段來(lái)修改。這些肽類(lèi)能捕捉非活性物質(zhì)如金納米顆粒，將其合并到生物被摸中。

研究人員使費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌細(xì)胞的自然產(chǎn)生CsgA的能力喪失，然后在用一種設(shè)計(jì)的只有在一定條件下才產(chǎn)生CsgA的遺傳回路恢復(fù)它，特別是當(dāng)一種稱(chēng)為AHL的分子出現(xiàn)時(shí)。這種安置使得研究員能掌握控制curli纖維的產(chǎn)生，能夠在細(xì)胞所處環(huán)境中調(diào)節(jié)AHL的總量。當(dāng)AHL出現(xiàn)時(shí)，細(xì)胞分泌CsgA，組成curli纖維融合到一個(gè)生物膜中，覆蓋細(xì)菌生長(zhǎng)的表面。

在一定條件下通過(guò)編程細(xì)胞來(lái)產(chǎn)生不同類(lèi)型的curli纖維，研究人員能夠控制生物膜的性質(zhì)并創(chuàng)建金納米線，傳導(dǎo)生物被膜和膜劑鑲嵌到量子點(diǎn)，或者微小結(jié)晶表現(xiàn)出量子機(jī)械性能。他們還設(shè)計(jì)了細(xì)胞就像其本能的與其他細(xì)胞相互通信并隨著時(shí)間流逝改變生物被膜的成分。

然后，研究人員設(shè)計(jì)費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌細(xì)胞產(chǎn)生CsgA標(biāo)記由氨基酸組氨酸簇組成的肽類(lèi)，但是只有當(dāng)稱(chēng)為aTc的分子存在時(shí)。設(shè)計(jì)的這兩種類(lèi)型的細(xì)胞能夠生在在一起在群體中，允許研究員去控制生物被膜的材料成分，通過(guò)使環(huán)境中AHL和aTc數(shù)量的不同。如果都存在，薄膜將是含有標(biāo)記和未標(biāo)記纖維的混合體。如果金納米顆粒被增加到環(huán)境中，組氨酸標(biāo)記將會(huì)抓取它們，產(chǎn)生引導(dǎo)電流的金納米線和網(wǎng)絡(luò)。