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探索“超级胶”细菌

供稿人:卞志昕  供稿时间:2006-5-8   关键字:新月柄杆菌  Caulobacter  crescentus  超级胶水  超级胶  

生活中常遇到这种事情,补上的牙不经意脱落了,看似光滑无缝的家具不知哪天裂开了。其实这都是人工粘合剂的问题。如今,科学家发现了一种粘性超强的细菌,也许可解决这个问题。

据4月10日《自然》杂志网站报道,微生物学家们日前在一种细菌的细胞中发现了迄今为止粘合能力最强的物质。这种自然界中的“超级胶”广泛存在于新月柄杆菌(Caulobacter crescentus)的细胞之中,它的粘性比目前人工合成的最强的胶水都要强两三倍。科学家认为,它也许能用来制成“超级胶水”。

众所周知,像壁虎一类爬行动物的四足底部也拥有一种吸附力极强的吸盘,能够使它们牢牢地固定在垂直的墙壁上。然而,据科学家们介绍,尽管这些吸盘的吸附能力已经非常出色,但其效果仅为新发现的“超级胶”的七分之一。为了测试这种细菌的粘力,美国布朗大学研究小组在实验中将一只新月柄杆菌贴在玻璃吸管上,然后再施力把它弄下来。结果发现,仅仅一只新月柄杆菌的粘力就达到0.11到2.26微牛顿,相当于每平方毫米能承受70牛顿的力--这相当于将四辆小汽车的质量集中在一平方厘米的面积上。换句话说,如果这样的细菌粘满一枚硬币的话,需一头成年公象才能把它们拉下来。

相比之下,市场出售的最强力的胶水的粘力也不过是每平方毫米上18到28牛顿。而人类所发明的粘合力最强的粘胶所能承受的负荷只有其四分之一,也正是由于这一原因,现在科学家们已将寻找新型粘合剂的注意力集中到了生物组织之中。

 适合用于外科手术

小小细菌为何能有如此大的“力量”?科学家经过研究发现,新月柄杆菌具有一种特定的基因。该基因负责生产糖分子,糖分子和一种超级粘的蛋白质结合在一起,便使新月柄杆菌产生了超强粘力。

研究人员表示,这项发现可帮助我们开发出一种生物胶。人工合成的粘合剂大多有毒,但新月柄杆菌无毒,而且不怕水。因此用它来做超级胶,预计能应用在很多领域,诸如牙医用粘合剂、外科手术用粘合剂和工业胶等。

科学家通过研究该细菌对细菌附着性有了一定认识,这有助于找出方法来预防因有害细菌附着在人体而导致疾病的可能性。

目前,纳米技术专家们正在对存在于新月柄杆菌中的超强粘合物质的结构进行分析,以便早日研制出新一代人造粘合剂。

科学家们虽然对这种“超级胶”的特性还不是非常清楚,但他们已在考虑利用新月柄杆菌来实现其工业化生产。现在,已经有一些医生对这种自然界中的“超级胶”表现出了浓厚兴趣:这种胶不但可用于缝合皮肤表面的微小创口,而且可以避免因使用其他工具导致的感染现象。

新月柄杆菌介绍

新月柄杆菌是一种无毒的单细胞生物,经常出现在河流、小溪或自来水中。由于长年累月经受着水流的冲力,它练出了一身特别的本领——高强的粘力。由于其生活在水中,与病原体有许多共同的基因。这种细菌生活在养分少的环境中,有一个含3700个基因的环形染色体。单个新月柄杆菌细胞可分裂成两个不同类型的细胞,游动细胞和叶柄状细胞。新月柄杆菌是一个简单而又高度可操作的单细胞模型系统,用来研究细胞分化、非对称分裂和它们与细胞周期进程的协调关系。

新月柄杆菌基因探索

马里兰州Rockville基因组研究所(TIGR)的William C. Nierman领导的国际研究小组2001年时就曾完成了新月柄杆菌的序列测定。论文发表在《美国国家科学院学报(PNAS)》上。研究人员将新月柄杆菌与其它完成测序的生物如大肠杆菌和苛养木杆菌进行了比较。对比分析可能会揭示出具有感染性的病原体如:能引起斑疹伤寒症的斑疹伤寒等病原体,病原性的一些线索。斑疹伤寒等病原体已经适应了在人体细胞中的生活,但丢失了许多独立生存所需要的基因。

已知的在新月柄杆菌基因组中对细胞周期至关重要的基因,如ctrA、parAB和recA,在斑疹伤寒病原体普氏立克次体的基因组中都有它们的相似物。而研究者们确定,其它的柄球菌属基因,如那些编码鞭毛的基因,在斑疹伤寒等病原体基因组中就没有相似物。

对柄球菌属基因组的分析揭示出它与土壤中微生物的惊人的相似。甚至使研究人员更吃惊的是存在编码分解植物多糖,如纤维素、木质素和胶质的酶的基因,还存在转运所生成糖的运输系统,植物其实是柄球菌属细菌的热量来源。

新月柄杆菌专利

在欧洲专利局网站中,以Caulobacter crescentus为题目或文摘关键词,共检索到8篇相关专利。

申请人
专利号
申请日
专利名称
UNIV BRITISH COLUMBIA A CANADA (US)
US2003135037
20020819
Caulobacter中不同多肽的表达与分泌
(Expression and secretion of heterologous polypeptides from caulobacter)
UNIV BRITISH COLUMBIA (CA)
US6368599
20000222
Caulobacter LPS免疫佐剂
(Caulobacter LPS immunoadjuvants)
CA2175549
19960501
Caulobacter中不同多肽的表达与分泌
(EXPRESSION AND SECRETION OF HETEROLOGOUS POLYPEPTIDES FROM CAULOBACTER)
US5976864
19960312
Caulobacter中不同多肽的表达与分泌
(Expression and secretion of heterologous polypeptides from caulobacter)
CA2090549
19930226
细菌表面蛋白质表达
(BACTERIAL SURFACE PROTEIN EXPRESSION)
US2002009792
19990824
Caulobacter中不同多肽的表达与分泌
(EXPRESSION AND SECRETION OF HETEROLOGOUS POLYPEPTIDES FROM CAULOBACTER)
RES CORP TECHNOLOGIES INC (US)
US6861245
20011206
从活水caulobacter中制造不同多肽
(Production of heterologous polypeptides from freshwater caulobacter)
MEDIMMUNE INC (US)
WO0050073
20000222
Caulobacter LPS免疫佐剂
(CAULOBACTER LPS IMMUNOADJUVANT)
 

从列举的专利看,新月柄杆菌目前研究专利并不多,而且集中于其表达与分泌,对于新月柄杆菌的具体结构及基因表述还未有具体成果出现,对于新月柄杆菌的一些特殊特性和基因分析将是未来重点研究的方向之一。

参考文献:

Bacterium makes nature's strongest glue   News@Nature  (10 Apr 2006) News

新月柄杆菌的基因组测序完成  http://www.ebiotrade.com/newsf/2001-4/L014313039.htm

微生物学家在细菌体内发现超级“强力胶” http://www.biotech.org.cn/newSPT/readWebNews.php?id=33050


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