“微生物注塑技术”生成纳米复合材料的基础研究

细菌纤维素（简称BC）是一种具有一系列优良特性的纳米生物材料，是当今国内外生物与材料两大领域研究的热点。为改变作为生物医学材料时需将合成的BC进行后期加工修饰的复杂过程，能否利用微生物发酵的方法来进行"注塑"，直接定向合成具有特定规格的BC产品是非常有意义的。本课题围绕BC的定向合成，明确BC的表达基因、信号传导、细胞趋化性和代谢网络间的相互联系，揭示木葡糖酸醋杆菌生长过程中的定向趋化的分子机制。通过细胞内遗传、生理生化、环境应答、生物代谢等与细胞运动以及趋化信号传导之间的相关性研究，明确微生物细胞的BC"定向合成"与常规发酵合成中的代谢过程以及关键点代谢通量的差异性。并通过从微生物细胞趋化性生长的差异和BC组装微观差异上，从分子水平上对BC的物理性能差异性进行解释。建立"微生物注塑"生成BC的方法，为通过基因工程增强BC"定向合成"能力奠定理论基础，丰富现代发酵工程理论。

细菌纤维素是一种具有一系列优良特性的纳米生物材料，是当今国内外生物与材料两个学科的研究热点。为改变微生物合成的BC不能直接用作医学材料如人造血管、人造皮肤和骨骼等，必须按照应用要求进行后期二次加工修饰，使BC材料具有特定厚度、形状、通透性、均匀度、机械强度等性能，为了简化这一繁琐过程，建立“微生物注塑”方法，直接发酵合成所需性状或性能的BC材料具是非常重要的意义。.比较了不同木葡糖酸醋杆菌趋化性、群体效应和定向合成BC的差异。针对BC合成、趋化性信号转导和群体效应系统等相关基因的表达与调控等进行了初步分析。进行了CGMCC2955菌株和从山西老陈醋醅筛选得到的雷提库斯葡糖酸醋杆菌SX-1的基因组测序。利用Tn5G转座子插入突变的方法，建立了相应的转座子文库。.为进行定向与非定向合成BC过程的差异性研究，在从微生物细胞趋化性生长和BC组装的角度对BC 的物理性能差异性做出解释的同时，研究了物理与化学因素对微生物合成BC的影响。通过控制直流电场的强度与方向，可有效控制直流电场中细胞的运动方向，使BC纤维沿着“线”的方向进行“纺织”。这些为建立“微生物注塑”方法提供了必要的基础数据。.采用所建立可直接发酵合成任意形状或性能的BC产品的“微生物注塑”方法，进行了BC管复合生物防腐剂ε-聚赖氨酸（ε-PL/BC）作为抑菌肠衣与磁性BC（Fe3O4/BC）球的合成及其应用研究。ε-PL/BC抑菌肠衣用于香肠的制备。从ε-PL/BC管香肠的外观看，肠衣干燥且紧贴内容物，肠衣透明度较高，可清晰看到香肠内的肉质纹理。特别在内容物中不加防腐剂，利用包装材料所具有的优良抑菌性能（尽管ε-PL/BC管是安全的食材，但食用时去除ε-PL/BC管这一外包装材料，有进一步确保了食品的安全性与人们对防腐剂的认识普遍欠缺的现状）确保了其保质期的安全。磁性Fe3O4/BC球将从废液中低浓度重金属（如Pb2+、Mn2+和Cr3+）回收后，在电场作用下进行解吸。其可以反复多次使用。结果显示磁性Fe3O4/BC球吸附Pb2+、Mn2+和Cr3+的效率高于目前相关文献报道的数据。.通过细胞内外因子对BC合成影响的研究，初步建立了“微生物注塑”合成一定形状和性能的BC方法。其不仅对于“定向发酵技术”，而且对于功能性生物材料的定向合成均有重要意义。