酶加MOF“外套”，让细胞开挂

与人类一样，微生物的生存同样需要“食物”，很多时候，它们比我们更加“挑食”。比如，酿酒酵母只能以葡萄糖作为食物，而不能“消化”乳糖。这是因为这类真核细胞缺乏乳糖的代谢途径，因此难以在葡萄糖匮乏的环境中生存。最近，奥地利格拉茨技术大学的Paolo Falcaro教授与澳大利亚新南威尔士大学的Kang Liang博士做了一项有趣的工作，他们利用酶和金属有机框架（MOF）材料给酵母菌设计了一件神奇的“外套”——它能够将环境中酵母菌不能利用的乳糖转化为可利用的葡萄糖。穿上这件“外套”，酵母细胞可以直接开挂，在原本无法生存的乳糖环境中活的潇潇洒洒。相关研究论文发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。

给细胞“穿外套”的过程。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

“穿外套”过程如下：首先，酵母菌表面荷负电，可以通过静电相互作用在表面吸附一层β半乳糖苷酶；然后，将细胞置于ZIF-8前驱体溶液中，通过如此简单的过程就可以在酵母菌表面形成一层酶与ZIF-8组成的外骨架。当然，这件“外套”也很容易脱去，让酵母菌恢复常态。

酵母菌、β半乳糖苷酶吸附层、ZIF-8层及其组合（a-d）的共聚焦显微镜图像。f为酶/ZIF-8包裹的酵母菌SEM图像。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

酵母菌“外套”的厚度大概在100 nm左右，能够将培养液中的乳糖分解为单醣，供给酵母菌享用。有趣的是，如果酵母菌仅仅吸附了β半乳糖苷酶但没有包覆ZIF-8，将其放在含有乳糖的培养液中，则无法检测到葡萄糖的生成。作者认为这可能是由于酵母菌内吞并降解了β半乳糖苷酶，因此，ZIF-8层不仅能够保护细胞免受外部毒素和辐射的影响，同时也能保护酶不被酵母菌内吞而降解。

穿上这件“外套”后，酵母菌的生存能力如何了呢？研究者向培养液中分别加入了对酶和酵母菌有害的物质，或加入蛋白酶或能裂解酵母菌的溶壁酶。结果表明，在各种环境下，包覆了酶与ZIF涂层的酵母菌都能很好的生存，7天后依然有70%以上的酵母菌存活。而相比之下，没有开挂的“裸”酵母菌，7天后还能存活的少得可怜。

不同酵母菌在培养液中的生存状态。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这项工作为我们提供了一条新的思路：利用“MOF＋酶”的组合能够为细胞提供具有各种功能的外骨架，从而更好面对艰苦环境，或者实现更多有趣的功能。同样，本文中对MOF的应用相当有创意，MOF的未来发展方向又多了一种可能。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

An Enzyme-Coated Metal–Organic Framework Shell for Synthetically Adaptive Cell Survival

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201704120

（本文由YHC供稿）