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为探究细菌纤维素（BC）合成的遗传机制，慕尼黑工业大学微生物学教席的研究人员开展对醋酸菌纤维素生产的遗传分析。他们构建突变体确定不同纤维素合酶（CS）作用，建立 BC 纤维网络模型，有助于合成特定应用的改良细菌纤维素。
在微生物的奇妙世界里，醋酸菌就像一群勤劳的 “工匠”，默默打造着细菌纤维素（bacterial cellulose，BC）。这种特殊的纤维素可不简单，它是醋母的主要成分，在酒精饮料表面形成厚厚的生物膜，同时，醋酸菌在将酒精氧化为醋酸的过程中，所运用的酶系统与高等植物相同。细菌纤维素不仅纯度高，生物相容性也极佳，在生物技术领域有着广阔的应用前景。然而，长期以来，其合成的遗传基础却如同神秘的宝藏，隐藏在重重迷雾之中，这极大地限制了人们对它的深入研究和开发利用。
为了揭开这层神秘面纱，慕尼黑工业大学（TU München）微生物学教席的 Martin Bimmer、Wolfgang Liebl、Armin Ehrenreich 等研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《BIOspektrum》上。
研究人员运用了一系列关键技术方法。在基因编辑方面，他们利用基于胞嘧啶脱氨酶（Cytosin-Desaminase）在 5 - 氟胞嘧啶存在下进行反向选择的基因敲除系统，构建无标记的染色体框内缺失突变体；同时结合转录数据、蛋白质组数据，运用荧光显微镜观察荧光标记报告菌株，以及电子显微镜对样本进行观测分析。
研究人员首先建立了一种基因敲除系统，这一系统基于胞嘧啶脱氨酶在 5 - 氟胞嘧啶存在下的反向选择，成功实现了在产纤维素醋酸菌中构建无标记的染色体框内缺失突变体。通过对这些单突变体和双突变体的表型分析，研究人员确定了不同纤维素合酶（Cellulose-Synthase，CS）的特定生理作用。这些 CS 的基因存在于三个不同复杂程度的操纵子中。
为了更全面地了解纤维素网络，研究人员整合了多种数据和观测结果。他们提出了一个工作假设：只有主要的 CS 能形成大量的纤维状、主要为结晶态的纤维素；而另外两种 CS 则生成数量明显较少的新型无定形态纤维素，研究人员将其命名为非纤维状胞外多糖（non-fibrillar EPS，nfEPS）。在电子显微镜样品制备过程中，一个偶然的发现为研究提供了新线索：用丙酮脱水时，两种 nfEPS 会溶解，而用乙醇脱水时则会保留。基于此，研究人员构建了 BC 纤维网络模型，推测 nfEPS 在纤维素原纤维的交联中发挥作用，就像一种 “胶水”，将纤维连接在一起，类似于植物纤维素纤维中的半纤维素所起的作用。
这项研究意义重大。它深入揭示了醋酸菌合成细菌纤维素的遗传机制，为生物技术合成具有特定应用、改良性质的细菌纤维素提供了理论基础。这不仅有助于推动微生物合成领域的发展，还可能在生物医学材料、食品工业等多个领域带来新的突破。通过精准调控细菌纤维素的合成，未来有望开发出性能更优的生物材料，满足不同行业的需求。
总的来说，该研究成功解析了醋酸菌纤维素生产的遗传密码，建立了 BC 纤维网络模型，为细菌纤维素的生物技术应用开辟了新的道路。尽管目前研究取得了重要进展，但未来仍有许多未知等待探索，例如如何进一步优化细菌纤维素的合成条件，以及 nfEPS 在其他生理过程中的作用等。相信随着研究的不断深入，细菌纤维素这一神奇材料将在更多领域展现其独特魅力，为人类的生产生活带来更多福祉。
