用石墨烯生物传感器检测细菌

日本大阪大学的研究人员发明了一种新的生物传感器，可以使用石墨烯来检测细菌，例如那些攻击胃壁并与胃癌有关的细菌。当细菌与生物传感器相互作用时，就会触发石墨烯可以探测到的化学反应。相关成果近日刊登于《纳米快报》。

研究人员使用微流体技术将细菌包在靠近传感器表面的极微小液滴中，以便检测化学物质。为粘住细菌，研究人员用抗体覆盖石墨烯，这是一种将细菌固定在生物传感器表面的常用方法。虽然抗体非常小（约10纳米），但与石墨烯的原子薄层相比，它们显得体积庞大，阻碍了细菌信号向石墨烯的传导，这种信号阻塞效应称为Debye 屏蔽。

接下来，研究人员监测细菌在某些化学物质存在下产生的化学反应，并将这些化学物质添加到微小液滴中，反应化学产物远小于抗体，可以很容易地在抗体间滑动并到达石墨烯表面。将细菌及其反应产物保持在石墨烯表面，还可以监测产物浓度随时间的变化。石墨烯表面传感反馈电信号，电信号变化取决于微滴中存在反应产物的浓度以及累积的速度，用于计算液滴中的细菌数量。

石墨烯采用场效应晶体管结构（FET）来显著增加传感表面的电检测信号。该“石墨烯FET 实验室”还可以被设计用于检测其他不同的细菌，微小浓度细菌的检测可以在不到30 分钟的时间内完成。（吴晓燕）

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01335

罂粟废物微生物产生阿片类解毒剂

阿片类药物过量使用的情况越来越多。根据美国国家卫生统计中心的数据，平均每天有 130 名美国人因阿片类药物过量而死亡。

近日，《自然—可持续发展》杂志封面报道，美国Donald Danforth 植物科学中心的研究人员利用从罂粟加工废物流中发现的一种微生物，开发了生产阿片类解毒剂的可持续性新方法。这种绿色过程大大降低了解毒剂的成本，并且减少有害废弃物的产生。

天然的阿片类药物（例如吗啡和蒂巴因）是从罂粟中提取的。蒂巴因被转化为止痛药和阿片成瘾治疗剂，后者需要发生N-去甲基化反应。目前的阿片N-去甲基化需要利用有害试剂，会产生有害废物。为寻找可持续的生产方法，研究者探究了鸦片加工废物样本，寻找能够催化阿片N-去甲基化的微生物。将污泥样品置于含有蒂巴因作为唯一碳源的基本培养基中，研究者发现了一种甲基杆菌Thebainfresser，它含有吗啡喃N-去甲基化酶（MND）基因，可以实现阿片N-去甲基化。它的MND 在不同的温度和pH 水平下功能稳定，且能耐受特定有机溶剂并在固定时保持活性。

这些特性使其成为制药工业生产有潜力的候选者。（吴晓燕）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-019-0302-6

新微生物高效利用生物质

韩国浦项科技大学和首尔国立大学的研究者开发了一种新的名为Vibrio sp. Dhg的微生物，可作为棕色大型藻类生物精炼的微生物平台，有助于提高生物质的发酵效率和经济可行性。相关研究成果近日发表在《自然—通讯》上。

棕色大型藻类比淀粉作物生长快两到三倍，只需要阳光和海水就可以生长，而且仅在少数国家（如韩国）被食用，不会引起关于粮食安全的争论。

然而，之前并没有哪种微生物能够轻易地代谢藻类中的藻酸等多糖，并且开发利用藻类作为生物质的方法也非常困难。

此次，研究者成功研发出一种新的微生物，它可以快速代谢藻类中的海藻酸。

研究者利用基因工程技术对该微生物进行了优化，开发出生物精炼工艺，通过人工操纵工程菌的代谢途径，可以生产乙醇（生物燃料）、2，3-丁二醇（塑料原料）、番茄红素（生理活性物质）和其他化学产品。

相比传统工业微生物（大肠杆菌、酵母），该工程菌可以更有效地利用其他类型的生物质，并且它们的生长速度比常规微生物也快两倍，可以更快地转化生物质。因此，该工程菌也可以用于藻类之外的生物质。（吴晓燕）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-019-10371-1