《Nature Communication》3D打印微生物墨水，可用于基因工程蛋白質納米纖維生產

導讀：麻省理工學院 (MIT)、西北大學和其他機構的研究人員首次在不使用除生物材料之外的任何聚合物的情況下，對生物結構進行了3D打印。研究人員利用由大腸桿菌產生的蛋白質聚合物分子組成的凝膠，設計釋放抗癌藥物或從環(huán)境中捕獲毒素的設備。

△微生物墨水3D打印

據(jù)悉，研究人員先將大腸桿菌細胞基因工程化，產生稱為卷曲納米纖維的蛋白質聚合物分子。它附有兩個帶相反電荷的模塊，被稱為“旋鈕”和“孔”。隨著卷曲纖維的產生，它們會交聯(lián)，旋鈕會被鎖定到孔中。然后，在去除大腸桿菌細胞之前，這種材料通過尼龍膜過濾，產生足夠粘稠和彈性的可打印凝膠。這種凝膠被研究人員成為“微生物墨水”。

△將源自纖維蛋白的α（旋鈕）和γ（孔）蛋白結構域與卷曲納米纖維的主要結構成分CsgA融合，對大腸桿菌進行基因工程以產生微生物墨水。分泌后，CsgA-α和CsgA-γ單體自組裝成納米纖維，通過旋鈕孔結合相互作用交聯(lián)。旋鈕和孔域源自纖維蛋白，它們在血凝塊形成過程中的超分子聚合中起關鍵作用。最后通過打印微生物墨水獲得功能性生物材料。

打印之前，生物墨水被吸入到10毫升Luer-Lok™注射器中，通過標準27G針尖，和Fisnar的預制1/4英寸鈍端，以及升級后的ANET A8（深圳Anet科技有限公司）3D打印機進行生物打印。通過沉積，研究人員能夠生產出半毫米寬的細纖維。并且，它們能夠在相距16毫米的兩根柱子之間拉伸時保持強度。

△單層網格，10層方形，10層圓形，21層實心錐。比例尺1毫米

為了進一步推進該項目，團隊嵌入了一種新型大腸桿菌。這種大腸桿菌被設計用于釋放抗癌藥物天青素。當暴露于一種叫做IPTG的化學物質時，天青種子結構可以按需釋放藥物。研究人員還創(chuàng)造了各種能夠產生卷曲纖維的大腸桿菌，這些纖維可以與雙酚A (BPA，許多塑料中發(fā)現(xiàn)的有毒物質) 結合。經測試，凝膠能夠在24小時內從周圍液體中吸收近30%的毒素。

相關文獻：Duraj-Thatte, A.M.,Manjula-Basavanna, A., Rutledge, J. et al. Programmable microbial ink for 3Dprinting of living materials produced from genetically engineered proteinnanofibers. Nat Commun 12, 6600 (2021).

文獻地址：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26791-x