新研究构建出稳定的跨物种微生物群落 实现菌群间的分工与通讯

自然界中，微生物发挥着重要作用。比如土壤中的菌群能促进碳循环，肠道菌群能帮助代谢营养物质和防止病原体入侵。这些微生物通常以群落的方式存在。如果“跨群”交流，是否就能具备更多功能?

7月6日《自然·通讯》刊登了中科院深圳先进院合成生物学研究所戴卓君团队的论文。该论文提出了一种灵活、精确的策略，构建稳定的跨物种微生物群落，并实现了菌群间的分工与通讯。

通常，微生物实现群落平衡的常用策略是空间分隔，即不同物种在空间上进行有序排布，可以分工与交流，同时互不干扰。

受此启发，团队开发了一种人工空间分隔方法。首先，研究人员构建了尺寸约为400微米，能够包裹微生物的微球，其三维网状交联结构，能允许营养物质、信号分子等的自由扩散，同时确保球内的微生物“居民”平衡增长。

随后，团队分别构建了大肠杆菌、酿酒酵母及毕赤酵母的微球，验证了在这个环境中，不同的微生物可以正常生长、代谢。

“如果把微生物群落比喻为一个大部落，那么微球就像一个小部落，代表一种微生物亚群，它能够与其他微球交互，将它们进行组合，我们进一步构建了微生物群落(MSBC)。”团队成员王林表示。

大肠杆菌和酿酒酵母是实验室研究和工业应用中使用最广泛的两种微生物，大肠杆菌可以快速、大量合成蛋白质，而酿酒酵母可以对复杂真核酶实现可溶性表达。如果将其共同培养，组成菌群，能够将两种微生物优点最大化。

“然而，在实验室条件下，构建跨物种微生物群落却比培养单一菌株要困难得多，其中的最大原因是由于亚群之间营养物质的消耗和生产速度不匹配。比如，大肠杆菌分裂一代需要20分钟，而酿酒酵母的分裂时间为90到120分钟。”王林说道。

如果单纯的混合培养会使生长快速的物种迅速消耗掉营养，成为群落中的优势者，从而淘汰掉生长较慢的劣势物种。相比之下，MSBC方法可以实现大肠杆菌和酿酒酵母两个物种的稳定培养以及成分的精准调控。

通过简单地切换不同的微球，灵活组合形成不同的MSBC，可以创建一系列兼具灵活性和精度的组合。研究人员进一步组合由菌群组成的蝴蝶，翅膀上的“鳞片”就是不同物种的微球,而MSBC技术可以任意拼装不同的跨物种菌群，组成色彩斑斓的蝴蝶翅膀。

“MSBC技术可以实现跨物种间的分工、通讯。”戴卓君说道。

例如，在农业生产中，由于过度使用兽药和杀虫剂，导致农业废水存在大量抗生素和有机磷废物，对环境造成了巨大的危害。研究人员通过构建MSBC，利用两种物种分别降解抗生素和有机磷，能够对废水中的有害物质进行有效降解。

据悉，戴卓君为论文通讯作者，课题组王林为论文第一作者，张曦及唐琛望也对文章作出了重要贡献。(记者 袁斯茹)

关键词： 中科院深圳先进院 跨物种微生物群落 人工空间分隔方法 微生物群落