3D生物打印酶-细菌共生体：利用纤维素转化生产乳酸

《Environmental Science & Technology》：3D Bioprinting Enzyme-Bacteria Symbionts for Lactic Acid Production from Cellulose Bioconversion

3D生物打印技术首次构建酶-细菌定制共生体，通过可调双网络生物墨水优化空间排列，实现纤维素高效转化为乳酸（最高产率6.55g/L），反应-扩散模拟揭示产物分布规律，为生物经济提供新范式。

　　

将废弃的纤维素生物质转化为高价值化学品具有巨大潜力，但传统的共培养方法面临诸如微生物竞争和空间组织不良等挑战，这些因素限制了系统的稳定性和效率。在此，我们首次利用三维（3D）生物打印平台创建了具有定制几何结构的酶-细菌共生体，以实现高效的乳酸生产。为了便于3D打印，我们开发了一种生物相容且可调节的双网络功能性生物墨水，其流变性能经过优化，能够精确控制活性成分的空间排列和密度。通过优化空间结构（即内部纤维素酶层和外部细菌层），该共生体在纤维素生物转化过程中提高了乳酸的产率。在酶负载量为35 U/mL时，使用3D生物打印的共生体以17.5 g/L的纤维素作为唯一碳源，实现了最大乳酸产率6.55 ± 0.34 g/L。重要的是，反应-扩散模拟清楚地显示了酶-细菌共生体内中间产物葡萄糖和最终产物乳酸的空间及径向分布。这项工作为工程化生物材料的设计开辟了新的范式，提供了一个可扩展的平台，可用于多种废弃物到产品的转化，并为实施循环生物经济原则提供了实际途径。