用活的生物制造新材料

严毅梅

无机材料是指由无机物单独或混合其他物质制成的材料。无机材料的提取、制备、生产、使用及废弃过程，常常消耗大量的资源和能源，并排放大量的污染物，造成环境污染。

科学家一直在寻求既能生产无机材料又不污染环境的方法。美国麻省理工学院的生物工程师蒂莫西卢认为，如果我们利用活的生物制造材料，就可以既避免污染，又能节省能源。为了创造这样的材料，蒂莫西卢的团队绘制细菌细胞，进行“工程化设计”，他们将活体细胞和无生命物质环境结合在一起制造混合物质，使活体细胞生存并充分发挥其功能。他们利用大肠杆菌制造出一种生物膜，能够吸附在不同纳米微粒表面，形成活体混合物质，既适宜大腸杆菌生长，又可以导电或发射荧光，从而使我们能够利用外部信号控制细菌所产生的物质，而且通过改变大肠杆菌所处的环境，来改变生物膜的组成。经研究人员改造的大肠杆菌细胞之间可以相互影响，由此决定形成材料的过程和属性。这样，人类可以利用活的大肠杆菌生产出复杂结构的材料，并使其能够自我组装成特定的东西，如用于太阳能电池和诊断传感器的材料，甚至可以成为自我修复的材料（这些材料可以感知自己受到损伤并自我修复）。这项研究并不局限于大肠杆菌，他们正在考虑使用光合生物和真菌作为制造新材料的活体。此外，蒂莫西卢还设想改变活细胞传感器的属性，使其能发现特定的环境信号，如毒素。并且，该生物膜也能应用到农业废弃物领域，使其转化为生物燃料。研究人员说，人们希望利用太阳能来合成新材料，他们希望模拟自然系统，如骨骼的形成系统。

利用活的生物生产新材料、新器件实质上是两全其美的，既有使活细胞生长的功能，又有无机材料的功能，如导电或发光。这为基因工程与材料制造提供了一个新思路。endprint