硅醇-腐殖酸凝胶固定化技术显著提升大肠杆菌长期存活机制研究

《Archives of Microbiology》：Forms and mechanisms for Escherichia coli long-term survival in silanol-humate gels

本研究针对微生物催化剂长期稳定保存的难题，来自俄罗斯的研究团队通过将大肠杆菌K-12固定于硅醇-腐殖酸凝胶(SHG)中，发现该技术可使菌体存活率提升50-100倍。研究证实SHG能诱导细菌进入低代谢状态并形成持久细胞，为微生物制剂的长效保存提供了创新方案。

　　

将具有不同代谢类型的细菌（包括好氧烃氧化菌和发酵性乳酸菌）固定于硅醇-腐殖酸凝胶(silanol-humate gels, SHG)中，可使室温长期储存（数月到数年）后的存活细胞数比未稳定培养提高1-3个数量级。本研究旨在探究SHG固定化与储存对兼具呼吸和发酵代谢能力的大肠杆菌(Escherichia coli) K-12 (MG1655)存活的影响。研究发现SHG固定化会引发大肠杆菌的适应性反应，包括进入低代谢状态(hypometabolic state)、存活细胞缓慢生长，以及部分群体向休眠形式转变。SHG中的存活效率取决于凝胶化过程中作为滴定剂的有机酸的存在与特性。使用抗坏血酸、苹果酸、柠檬酸或乳酸制备的SHG在培养5个月后获得最高活菌滴度（较液体培养基对照组提高50-100倍）。通过监测有机酸消耗和CO₂释放证实细菌可利用这些酸作为维持细胞活力的能量来源。长期储存于SHG的大肠杆菌群体表现出：（1）低代谢状态（代谢速率比生长培养物低四个数量级）；（2）细胞耐热性降低；（3）高比例持久细胞(persister cells)；（4）高水平抗生素耐受细胞。这些发现在需要微生物生物催化剂长期稳定的生物技术领域具有重要应用潜力。