密歇根州立大学的马特·达文波特 每个球体——其中一个用石灰绿突出显示——都是一个细菌小室，直径约40纳米
这大约是人类头发直径的千分之一
鸣谢:PNAS克尔菲尔德实验室 由于微生物学的一个鲜为人知的特点，密歇根州立大学的研究人员帮助打开了一扇门，这可能导致以更低的成本和更高的效率生产药物、维生素等
由自然科学学院的Henning Kirst和Cheryl Kerfeld领导的国际研究小组重新利用了所谓的细菌微室，并对它们进行编程，以从廉价的原料中生产有价值的化学物质
该小组于2月20日发表了他们的研究成果
22在美国国家科学院学报上
“微隔间，它们就像纳米反应器或纳米工厂，”克尔菲尔德实验室的高级研究员柯斯特说，该实验室同时在MSU和劳伦斯柏克莱国家实验室工作
Kirst、Kerfeld和他们的队友将微型隔间视为将重要的化学反应提升到下一个水平的机会
在过去的几十年里，研究人员已经利用细菌中发现的酶的力量来创造有价值的化学产品，包括生物燃料和药物
然而，在这些工业应用中，化学家通常依赖整个微生物来生产所需的化合物，Kirst说这会导致复杂和低效
“我们用的比喻是，它就像一座房子
如果你的反应到处都是，事情会变得非常复杂
“想象一下，你开始在地下室洗澡，但之后你需要去二楼拿洗发水，然后回到地下室洗完澡，再去一楼拿毛巾
这是非常低效的
" 就微生物而言，细菌可能在其细胞的一侧制造一种成分，而使用该成分制造最终产品的特定酶在细胞的另一侧
然后，即使这种成分可以穿过细胞，沿途还有其他酶可能会把它抢走并用于其他用途
然而，这种酶生活在细菌的小室中，就像细胞中的房间一样
研究人员和他们的同事表明，他们可以设计微隔间来优化特定的反应，将必要的酶和成分集中在同一个更小的空间，而不是分散开来
“我们把完成任务所需的一切都放在同一个房间里，”柯斯特说
“划分给了我们更多的控制并提高了效率
" 细菌的微区室是由蛋白质组成的，如上图中彩色的波浪线所示
这些二十面体外壳是空的，如下图所示，斯巴达的研究人员帮助展示了他们如何在里面添加选择的酶
鸣谢:PNAS克尔菲尔德实验室 “这就像是在一个高效率的公寓里工作，而不是在拼写庄园里工作，”MSU大学的汉娜杰出教授克尔菲尔德说(拼写庄园在洛杉矶是一处巨大的地产，有100多个房间，面积超过5万平方英尺)
克菲尔德还在MSU-能源部植物研究实验室工作
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能源部
作为概念验证，该团队设计了一个微室系统，可以将简单廉价的化合物甲酸盐和乙酸盐转化为丙酮酸盐
“丙酮酸也是生物可以制造的几乎任何东西的相对简单的前体——例如，药物、维生素和调味品，”Kirst说
“但我们认为整个原理非常适用于许多其他有趣的代谢途径
" 他们不是唯一这样想的人
“这里描述的系统可以用作雄心勃勃的工程项目的平台，”Volker Müller在关于这项研究的评论中写道
米勒是法兰克福歌德大学微生物学和生物能学系主任，他没有参与这个项目
“这是令人兴奋的，并为使用该策略来设计(细菌微区室)以从廉价基质生产各种化合物铺平了道路，”他说
细菌微区室类似于在真核生物细胞中发现的细胞器或微小“器官”，真核生物包括植物、人类和其他动物
虽然它们存在于许多不同类型的细菌中，在那里它们帮助进行多种反应，但它们对科学来说仍然相对较新
克菲尔德解释说，随着高分辨率电子显微镜和廉价基因测序的出现，研究人员才意识到这些区域是多么广泛和多才多艺
通过与马克斯·普朗克分子植物生理学研究所的研究人员合作，斯巴达的研究人员增强了这种多功能性
他们展示了科学家如何创造出自然界中没有的这种隔间
“我们可以采用隔间的结构，放入一种全新类型的反应，”克菲尔德说
“这种策略可以以多种不同的方式应用于多种不同的用途，甚至是与细菌不相容的用途
" “我认为这是最大的成就，”柯斯特说
“我们朝着制造合成细菌细胞器迈出了一大步
"
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