孢子是微生物抵抗环境压力延续自身种群的有效手段。天然的微生物孢子可以有力的抵抗紫外线或极端化学环境对DNA的损伤，助力微生物抵御不良环境。受天然孢子的启发，将活细胞包裹于保护材料中制成人工孢子将有望改善生物催化过程中种种不良环境因素对生物催化过程的干扰，显著提升生物催化的效率。

近日，来自南丹麦大学的吴昌柱团队在《Nature Communications》杂志上发表研究“Artificially sporulated Escherichia coli cells as a robust cell factory for interfacial biocatalysis”。设计了一种通用的、基于聚多巴胺涂层的人工孢子构建方法。

研究将不同比例的N-油酰多巴与多巴混合溶解于DMSO中，逐滴加入10倍体积的、悬浮有大肠杆菌的Tris缓冲液中，包被2h后洗涤重悬，获得被包被的大肠杆菌人工孢子。

电镜表征后发现聚多巴胺涂层的厚度平均为40nm，且显著改变了细胞外壁在电镜下的形态。

染料法测试细胞活性后发现包被结束后，97%的细胞处于活性状态，说明多巴胺涂层的包被过程对大肠杆菌活性的影响可以忽略不计。且被包被的大肠杆菌具备分裂能力，包被与否不影响大肠杆菌的环境承载量上限。

聚多巴胺涂层可有效的抵抗紫外线、甲苯、乙腈对细胞活力的影响且在一定程度上增强了细胞的耐热性。

将人工孢子加入戊基甲基醚和PBS构成的双相混合溶液中可得到具有一定稳定性的人工包子乳浊液。研究将表达南极念珠菌脂肪酶B（Candida antarctica lipase B ，CalB）的大肠杆菌制成人工孢子后，与未包被菌株、加入了纳米二氧化硅粒子和未包菌株（纳米二氧化硅能促进乳浊液形成，增强大肠杆菌对不良环境的抵抗力）共同置于双向反应介质中进行催化反应，发现人工孢子模式下测得的CalB蛋白活性比未包被菌株强300倍，是纳米二氧化硅粒子乳浊液对照组的3倍。且经5次离心回收酶活性未有显著变化。

随后研究尝试了用人工孢子表达苯甲醛裂解酶和乙醇脱氢酶，发现需要辅因子的乙醇脱氢酶在没有外源添加辅因子的前提下依然具备活力，说明人工孢子中的活细胞参与了辅因子的供给和再生过程。尝试在人工孢子条件下将乙醇脱氢酶分别和脂肪酶B、苯甲醛裂解酶联合表达实现多酶联级反应，发现相关酶的反应性未因联合表达受到抑制。

将钯纳米颗粒分别与含有CalB的人工孢子、含有CalB的全细胞加入双相反应体系中发现人工孢子相比全细胞CalB酶活性高了350倍。说明人工孢子能用于化学-酶联级反应。

综上，人工孢子能有效的增强大肠杆菌的抗逆性且能与戊基甲基醚形成乳浊液，进而实现界面催化和基于界面催化的单酶催化、多酶联级反应和化学-酶联级反应。

（徐毅诚 摘译）