與人類一樣，微生物的生存同樣需要“食物”，很多時(shí)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?yàn)檫@類真核細(xì)胞缺乏乳糖的代謝途徑，因此難以在葡萄糖匱乏的環(huán)境中生存。最近，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的Paolo Falcaro教授與澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Kang Liang博士做了一項(xiàng)有趣的工作，他們利用酶和金屬有機(jī)框架（MOF）材料給酵母菌設(shè)計(jì)了一件神奇的“外套”——它能夠?qū)h(huán)境中酵母菌不能利用的乳糖轉(zhuǎn)化為可利用的葡萄糖。穿上這件“外套”，酵母細(xì)胞可以直接開掛，在原本無法生存的乳糖環(huán)境中活的瀟瀟灑灑。相關(guān)研究論文發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。
“穿外套”過程如下：首先，酵母菌表面荷負(fù)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(xì)胞置于ZIF-8前驅(qū)體溶液中，通過如此簡(jiǎn)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(dāng)然，這件“外套”也很容易脫去，讓酵母菌恢復(fù)常態(tài)。
酵母菌“外套”的厚度大概在100 nm左右，能夠?qū)⑴囵B(yǎng)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(yǎng)液中，則無法檢測(cè)到葡萄糖的生成。作者認(rèn)為這可能是由于酵母菌內(nèi)吞并降解了β半乳糖苷酶，因此，ZIF-8層不僅能夠保護(hù)細(xì)胞免受外部毒素和輻射的影響，同時(shí)也能保護(hù)酶不被酵母菌內(nèi)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(yǎng)液中分別加入了對(duì)酶和酵母菌有害的物質(zhì)，或加入蛋白酶或能裂解酵母菌的溶壁酶。結(jié)果表明，在各種環(huán)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(xiàng)工作為我們提供了一條新的思路：利用“MOF＋酶”的組合能夠?yàn)榧?xì)胞提供具有各種功能的外骨架，從而更好面對(duì)艱苦環(huán)境，或者實(shí)現(xiàn)更多有趣的功能。同樣，本文中對(duì)MOF的應(yīng)用相當(dāng)有創(chuàng)意，MOF的未來發(fā)展方向又多了一種可能。
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