10月25日，發(fā)表在《自然-化學(xué)》上的一項最新研究成果表明，“吃土”也能調節腸道微生物組和治療腸炎！
　　
　　科研團隊受土壤組分啟發(fā)，通過(guò)人工合成的方法構建由蒙脫土（天然土壤成份，俗稱(chēng)“觀(guān)音土”）、淀粉顆粒和液態(tài)金屬三種組分組成的土壤仿生材料，具有調控微生物功能的特質(zhì)。這一具有響應性和調節性功能的新材料，不僅能提高微生物合成化學(xué)品的效率，還能夠調節腸道菌群失調，恢復腸道微生態(tài)，在生物制造和生物醫藥領(lǐng)域有著(zhù)應用潛力。

可食用“人造土”助力腸道微生態(tài)示意圖

　　
　　該成果由芝加哥大學(xué)完成，田博之教授為文章通訊作者，林藝良為文章第一作者和共同通訊作者，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所副研究員高翔為文章共同第一作者。

冰模版法合成多孔土壤仿生材料

　　
　　可以指揮微生物的“人造土”
　　
　　自然環(huán)境中的微生物群落是一個(gè)重要但未被充分研究的領(lǐng)域，土壤被公認是地球系統生物多樣性最為復雜和豐富的環(huán)境，據統計，每克土壤中微生物的數量可達上百億個(gè)、種類(lèi)可達上百萬(wàn)種、成千上萬(wàn)的菌落、超過(guò)200米的菌絲等等，土壤中原核生物的多樣性比自然界中其他生物物種的總和要大三個(gè)數量級。
　　
　　受土壤結構及組成成分的啟發(fā)，研究團隊開(kāi)發(fā)出一種新的土壤仿生材料，并構建了一種化學(xué)系統，可以讓“加入”該化學(xué)系統的微生物們定植，通過(guò)物理刺激的方法，將想要傳遞的信息發(fā)送給該團體中的微生物們，原本“清閑”的微生物們接收到信息后便可進(jìn)行“創(chuàng )新性工作”。
　　
　　土壤仿生材料可以對激光、溶劑、外力等進(jìn)行響應，使材料從原子到宏觀(guān)水平的發(fā)生化學(xué)非均質(zhì)性變化，實(shí)現該化學(xué)系統中不同的組分進(jìn)行化學(xué)再分配、傳感和寫(xiě)入及擦除的修改，從而發(fā)揮新的功能，科研團隊便可在此基礎上進(jìn)行更多的系列研究。
　　
　　“我們使用了自下而上的方法去模擬土壤中的礦物質(zhì)、有機相以和流動(dòng)相來(lái)合成一種新的化學(xué)系統，該化學(xué)系統為一種土壤仿生材料，可以在體外增強微生物代謝和提高生物基化學(xué)品的合成，豐富病理條件下的腸道微生物組多樣性，調節體內細菌失調。”高翔表示。
　　
　　將納米結構礦物質(zhì)、淀粉顆粒和液態(tài)金屬完美結合是研究過(guò)程的一個(gè)難點(diǎn)，三種元素的比例調配及功能缺一不可。為此研究團隊使用了3D-X射線(xiàn)熒光光譜和疊層衍射成像來(lái)表征構建系統的結構和功能，反復調整以確保材料的最優(yōu)效果。
　　
　　科學(xué)“吃土”可治療腸道疾病
　　
　　從自然界中無(wú)機和有機結合的思考，到創(chuàng )新性地將隨處可見(jiàn)的土壤應用到科學(xué)研究中，仿照土壤結構將材料與微生物更好結合，這是科研團隊在材料領(lǐng)域的又一創(chuàng )新突破。
　　
　　那么，如何證實(shí)研究成果對腸道微生物具有調節作用呢？
　　
　　為此，研究團隊建立了一個(gè)腸道微生物發(fā)生紊亂的小鼠模型，小鼠“吃”掉研究團隊開(kāi)發(fā)的土壤仿生材料后，發(fā)現其紊亂的腸道微生物菌群有所恢復，并重新建立生態(tài)模型；另外發(fā)現該材料還可以用于治療葡聚糖硫酸鈉誘導形成急性的腸炎。通過(guò)土壤仿生材料對小鼠模型治療實(shí)驗，證實(shí)對腸道微生物群的調節功能和治療腸炎，說(shuō)明“吃土”可以治療腸道疾病。
　　
　　“我們的研究成果主要有兩個(gè)應用領(lǐng)域，一個(gè)是促進(jìn)微生物的生長(cháng)并提高微生物合成生物基化學(xué)品的效率，另一個(gè)調節腸道微生態(tài)，從而達到治療腸道疾病的效果。”高翔說(shuō)。