Nature Chemistry：吃人造土，可行？

一、【导读】

微生物群与其定植环境之间的相互作用在生物地球化学循环、生态恢复力和人类健康起着重要的作用。能够可控地利用这些微生物新材料的活性可能有助于基础和应用研究，其中包括药物输送、人工光合作用、生物混合燃料电池、二氧化碳固定和生物材料。土壤的微生物定植环境是自然界中微生物与物质相互作用的完美例子，它代表了一个机械和化学结合的系统，可以根据外部环境重塑其特性。土壤多孔结构内的空间复杂和动态环境支持了土壤微生物群的高度多样性和密度，而且生物群落又介导了重要的生物地球化学循环，为土壤系统提供氮、磷和硫等养分。因此，人工构筑类似天然土壤的材料系统，可以作为调节微生物系统的响应平台

二、【成果掠影】

近日，芝加哥大学詹姆斯·弗朗克研究所的田博之教授团队报告了一个受土壤启发的化学系统，该系统由蒙脱土纳米黏土，淀粉颗粒和液态金属组成。通过自下而上的构筑方法，此化学系统可以实现微生物群落的化学分配和调节。通过用同步加速器的相关三维（3D）X射线荧光和光学层析成像以及电子显微镜成像来表征复合材料，确认其与土壤的结构相似性。同时通过激光辐射对土壤化学系统进行后合成修饰，进而在原子尺寸使其获得化学异质性。这种材料具有化学、光学和机械响应能力，可在电气性能中产生写擦功能。该复合材料还可以在体外增强微生物培养/生物膜生长和生物燃料生产。最后表明，该系统可以丰富肠道细菌的多样性，纠正四环素诱导的肠道微生物组生态失调，并改善体内啮齿动物模型中葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的啮齿动物结肠炎症状。相关成果以“A soil-inspired dynamically responsive chemical system for microbial modulation”发表在Nature chemistry上。芝加哥大学詹姆斯·弗朗克研究所的田博之教授和林艺良教授为论文的通讯作者，林艺良、高翔、岳继平和方寅为论文共同第一作者。

三、【核心创新点】

开发了一种类土壤的结构和性能的化学系统，可以作为动态响应材料平台，并且在体外和体内实现对微生物进行调节的效能。

四、【数据概览】

图1用于微生物调节的土壤启发动态响应化学系统 © 2022 Springer Nature

图2化学成分和动力学 © 2022 Springer Nature

图3在机械和化学刺激下具有可调导电性的受土壤启发的材料 © 2022 Springer Nature

图4激光辅助化学修饰用于生物膜生长增强© 2022 Springer Nature

图5用于肠道微生物组调节和DSS诱导的体内结肠炎治疗的受土壤启发的材料 © 2022 Springer Nature

五、【成果启示】

这项工作介绍了受土壤启发的化学系统的合成和表征,证明了其作为体外和体内微生物调节的动态响应材料平台的实用性。受土壤启发的化学系统显示出作为胃肠道疾病疗法的前景，提出了现有技术的治疗替代方案。除了肠道微生物群之外，这种化学系统还可以扩展到其他微生物组的研究，例如皮肤和土壤微生物群，这将对人类健康产生影响，对农业生态系统的稳定性和生产力产生影响。

原文详情：Lin, Y., Gao, X., Yue, J. et al. A soil-inspired dynamically responsive chemical system for microbial modulation. Nat. Chem. (2022). https://doi.org/10.1038/s41557-022-01064-2