近日，南京工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院徐虹教授團隊，針對農(nóng)業(yè)非芽孢菌劑產(chǎn)品常溫儲藏條件下貨架期短和實際應(yīng)用中活性不穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，以課題組自主研發(fā)的γ-聚谷氨酸（γ-PGA）高分子材料為基礎(chǔ)，創(chuàng)新開發(fā)了基于細胞表面工程技術(shù)的穩(wěn)態(tài)化微生物菌劑策略。
區(qū)別于傳統(tǒng)基因工程改造細胞策略，細胞表面工程技術(shù)通過材料化學(xué)工程手段，在細胞表面調(diào)控分子組裝，實現(xiàn)細胞表面功能化改造，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，易于工業(yè)化應(yīng)用，該研究以題為“Poly (γ-glutamic acid) Nanocoating to Enhance the Viability of Pseudomonas stutzeri NRCB010 through Cell Surface Engineering”的論文發(fā)表在材料化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Applied Materials & Interfaces (If=9.229, JCR一區(qū))。徐虹教授、王瑞副教授和雷鵬副教授為論文共同通訊作者，研究生楊凱為論文第一作者。
圖 γ-PGA介導(dǎo)的細胞界面工程及農(nóng)業(yè)非芽孢菌劑穩(wěn)態(tài)化應(yīng)用
化肥的過量使用嚴重威脅生態(tài)平衡和人類健康，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。微生物肥料的使用可以在促進作物生長的同時，降解土壤污染物，可以有效緩解化肥過量使用造成的環(huán)境問題。非芽孢菌是土壤微生物的優(yōu)勢菌群，但相關(guān)菌劑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一直受到限制，主要原因在于革蘭氏陰性菌細胞在常溫條件下無法形成芽孢結(jié)構(gòu)，易受到外界脅迫環(huán)境的影響，導(dǎo)致菌劑貨架期短，促生效果不穩(wěn)定。
γ-PGA是微生物合成的一種陰離子型多肽聚合物，是許多芽孢桿菌屬革蘭氏陽性菌莢膜的主要成分之一，可作為微生物的一種適應(yīng)性因子，同時也具有促生抗逆效果，已在該課題組實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。該課題組利用γ-PGA的此種性質(zhì)，以施氏假單胞菌為研究對象，通過細胞界面工程技術(shù)在細胞表面構(gòu)建了一層以γ-PGA介導(dǎo)的生物膜仿生納米涂層（PNC）。此方法不僅是一種便捷的細胞表面修飾方法，而且反應(yīng)過程溫和，所使用的材料生物相容性好。
研究結(jié)果表明，通過上述方法構(gòu)建的仿生涂層有效增強了菌劑在脅迫環(huán)境下的存活能力，使菌劑的常溫儲存活性增加了2倍以上，并且在高溫、紫外和滲透壓多重逆境下表現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)化效果。此外，涂層包覆的菌劑進入土壤環(huán)境后對植物表現(xiàn)出優(yōu)于未包覆菌劑的促生效果。以上技術(shù)為解決農(nóng)業(yè)非芽孢菌劑的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用題提供了一條可靠的技術(shù)途徑，有望進一步拓展微生物肥料的應(yīng)用前景。
以上研究得到南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室自主課題 (ZK201905), 江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金(CX(19)3115)等項目的資助。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c12538
