Nature Chemistry：吃人造土，可行？

一、【導讀】

?微生物群與其定植環境之間的相互作用在生物地球化學循環、生態恢復力和人類健康起著重要的作用。能夠可控地利用這些微生物新材料的活性可能有助于基礎和應用研究，其中包括藥物輸送、人工光合作用、生物混合燃料電池、二氧化碳固定和生物材料。土壤的微生物定植環境是自然界中微生物與物質相互作用的完美例子，它代表了一個機械和化學結合的系統，可以根據外部環境重塑其特性。土壤多孔結構內的空間復雜和動態環境支持了土壤微生物群的高度多樣性和密度，而且生物群落又介導了重要的生物地球化學循環，為土壤系統提供氮、磷和硫等養分。因此，人工構筑類似天然土壤的材料系統，可以作為調節微生物系統的響應平臺

二、【成果掠影】

近日，芝加哥大學詹姆斯·弗朗克研究所的田博之教授團隊報告了一個受土壤啟發的化學系統，該系統由蒙脫土納米黏土，淀粉顆粒和液態金屬組成。通過自下而上的構筑方法，此化學系統可以實現微生物群落的化學分配和調節。通過用同步加速器的相關三維（3D）X射線熒光和光學層析成像以及電子顯微鏡成像來表征復合材料，確認其與土壤的結構相似性。同時通過激光輻射對土壤化學系統進行后合成修飾，進而在原子尺寸使其獲得化學異質性。這種材料具有化學、光學和機械響應能力，可在電氣性能中產生寫擦功能。該復合材料還可以在體外增強微生物培養/生物膜生長和生物燃料生產。最后表明，該系統可以豐富腸道細菌的多樣性，糾正四環素誘導的腸道微生物組生態失調，并改善體內嚙齒動物模型中葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的嚙齒動物結腸炎癥狀。相關成果以“A soil-inspired dynamically responsive chemical system for microbial modulation”發表在Nature chemistry上。芝加哥大學詹姆斯·弗朗克研究所的田博之教授和林藝良教授為論文的通訊作者，林藝良、高翔、岳繼平和方寅為論文共同第一作者。

三、【核心創新點】

?開發了一種類土壤的結構和性能的化學系統，可以作為動態響應材料平臺，并且在體外和體內實現對微生物進行調節的效能。

四、【數據概覽】

圖1 用于微生物調節的土壤啟發動態響應化學系統 ? 2022 Springer Nature?

圖2 化學成分和動力學 ?? 2022 Springer Nature?????

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圖3 在機械和化學刺激下具有可調導電性的受土壤啟發的材料 ? 2022 Springer Nature

圖4 激光輔助化學修飾用于生物膜生長增強? 2022 Springer Nature??

圖5 用于腸道微生物組調節和DSS誘導的體內結腸炎治療的受土壤啟發的材料 ?? 2022 Springer Nature??????????????????????

五、【成果啟示】

這項工作介紹了受土壤啟發的化學系統的合成和表征,證明了其作為體外和體內微生物調節的動態響應材料平臺的實用性。受土壤啟發的化學系統顯示出作為胃腸道疾病療法的前景，提出了現有技術的治療替代方案。除了腸道微生物群之外，這種化學系統還可以擴展到其他微生物組的研究，例如皮膚和土壤微生物群，這將對人類健康產生影響，對農業生態系統的穩定性和生產力產生影響。

原文詳情：Lin, Y., Gao, X., Yue, J. et al. A soil-inspired dynamically responsive chemical system for microbial modulation. Nat. Chem. (2022). https://doi.org/10.1038/s41557-022-01064-2