◎丁寧寧 本報記者 劉傳書(shū)

　　自然界微生物群落發(fā)揮著(zhù)重要作用。土壤中的微生物菌群在碳循環(huán)中發(fā)揮重要作用；腸道微生物菌群在代謝營(yíng)養物質(zhì)和防止病原體入侵方面起著(zhù)關(guān)鍵作用。

　　如何讓不同類(lèi)型的微生物相互交流并行使更多的功能？

　　中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物所戴卓君團隊在人工合成微生物群落領(lǐng)域，針對跨物種菌群因為競爭關(guān)系難以穩定共存的問(wèn)題，提出了一種靈活、精確的策略及方法構建穩定的跨物種微生物群落。利用該方法靈活可控地組裝了多種合成菌群，并實(shí)現了菌群間的分工與通訊。

　　7月6日，該成果發(fā)表于《自然·通訊》，戴卓君為論文通訊作者，王林為論文第一作者，張曦及唐琛望對文章有重要貢獻。

　　人工構建微生物群落

　　自然界微生物實(shí)現群落平衡的一種常用策略是空間分隔，即不同物種在空間上進(jìn)行有序排布，可以行使分工與交流等群落功能，卻不互相干擾。

　　受此啟發(fā)，研究人員構建了尺寸約為400微米，能夠包裹微生物的微球(MSB)。微球具有三維網(wǎng)狀交聯(lián)結構，能允許營(yíng)養物質(zhì)、信號分子和代謝物等小分子及蛋白質(zhì)等生物大分子的自由擴散，但會(huì )限制微球內的微生物的運動(dòng)。由于MSB具有相對獨立的生長(cháng)空間和明確的承載上限，即使菌群中種群的分裂時(shí)間不匹配也可以平衡增長(cháng)。

　　研究團隊分別構建了大腸桿菌，釀酒酵母及畢赤酵母的MSB，并驗證了其可以在MSB環(huán)境下生長(cháng)并表達目的蛋白或小分子，說(shuō)明MSB環(huán)境中不同的微生物可以正常生長(cháng)、代謝并行使特定的生物學(xué)功能。

　　“把微生物群落比喻為一個(gè)大部落，MSB就像一個(gè)小部落，代表一種微生物亞群，它能夠與其他MSB交互。將包含不同亞群的MSB進(jìn)行組合，我們構建了微生物群落(MSBC)。”王林表示。

　　精準調控菌群比例

　　大腸桿菌可以快速、大量合成蛋白質(zhì)，而釀酒酵母可以對復雜真核酶實(shí)現可溶性表達。如果將其共同培養，組成菌群，能夠將兩種微生物優(yōu)點(diǎn)最大化。

　　團隊首先構建大腸桿菌和釀酒酵母的MSB，并通過(guò)調控兩種MSB的接種比例組裝了一系列MSBC。結果顯示，這兩個(gè)物種都分別在自己的MSB內增殖，有明確的空間界限。調整兩個(gè)物種MSB的接種比例，可以精確調節菌群的組成。

　　研究人員組合出多種微生物群落并精確地調控了物種比例，例如由菌群組成的蝴蝶，翅膀上的“鱗片”就是不同物種的MSB(約400微米直徑的微球，不同的熒光代表不同的物種)，而MSBC技術(shù)可以任意拼裝不同的跨物種菌群，組成色彩斑斕的蝴蝶翅膀。

　　合成微生物群落應用面廣

　　科研人員還對MSBC進(jìn)行編程，不僅實(shí)現了合成生物群落的對話(huà)和通訊，同時(shí)展示了MSBC技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應用潛力和優(yōu)勢。

　　例如，農業(yè)生產(chǎn)中過(guò)度使用獸藥和殺蟲(chóng)劑，導致農業(yè)廢水存在大量抗生素和有機磷廢物，對環(huán)境造成了巨大的危害。通過(guò)構建MSBC，利用兩種物種分別降解抗生素和有機磷，能夠對廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行有效降解。

　　在生物能源領(lǐng)域，使用藍藻和大腸桿菌設計構建了光合自養的MSBC，光合自養的微生物藍藻可以利用CO2合成蔗糖。同樣，使用合成生物學(xué)工具改造的大腸桿菌可以將環(huán)境中的蔗糖運輸到細胞內進(jìn)行新陳代謝，促進(jìn)細胞生長(cháng)；通過(guò)構建藍藻及大腸桿菌的MSB，組裝了光能自養的MSBC，在沒(méi)有任何有機碳源的基礎培養基中，成功地維持了異養大腸桿菌MSB的生長(cháng)。