“偽裝大師”技術(shù)突破：美科研團(tuán)隊(duì)仿造章魚(yú)色素推動(dòng)偽裝技術(shù)革新

美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家10月28日宣布，他們通過(guò)生物模擬技術(shù)成功合成了使章魚(yú)、魷魚(yú)和烏賊具備偽裝能力的天然色素。這項(xiàng)突破為化妝品、涂層和光電器件等領(lǐng)域提供了一種可持續(xù)生產(chǎn)變色顏料的方法。

這種名為"蜆黃質(zhì)"的色素長(zhǎng)期以來(lái)因其變色特性備受學(xué)界關(guān)注，但在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中極難復(fù)現(xiàn)。如今，斯克里普斯海洋研究所的研究人員開(kāi)創(chuàng)性地利用工程菌實(shí)現(xiàn)蜆黃質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá)到傳統(tǒng)方法的1000倍，標(biāo)志著可持續(xù)生物制造領(lǐng)域的重大突破。

"我們首次在細(xì)菌中實(shí)現(xiàn)蜆黃質(zhì)合成的新技術(shù)，大幅提升了材料生產(chǎn)能力，"研究資深作者、海洋化學(xué)家布拉德利·摩爾表示，"這種賦予頭足類動(dòng)物偽裝能力的天然色素堪稱神奇的超能力，而我們的產(chǎn)量突破只是冰山一角。"

自然啟發(fā)的化學(xué)合成

蜆黃質(zhì)同樣存在于昆蟲(chóng)體內(nèi)，帝王蝶的橙色斑紋與蜻蜓的赤紅色澤皆源于此。盡管該色素色彩特性出眾，但以往僅能從動(dòng)物體內(nèi)微量提取，嚴(yán)重制約相關(guān)研究。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了名為"生長(zhǎng)偶聯(lián)生物合成"的全新生物系統(tǒng)。該方法將細(xì)菌存活與色素生產(chǎn)直接綁定 —— 若工程菌無(wú)法合成色素則無(wú)法存活。論文第一作者、現(xiàn)任職于斯坦福大學(xué)的莉亞·布申解釋道："我們通過(guò)巧妙的‘騙術(shù)’促使細(xì)菌持續(xù)生產(chǎn)目標(biāo)材料。"

該合成過(guò)程會(huì)同步產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)的甲酸，由此形成自我維持的循環(huán)系統(tǒng)，推動(dòng)色素產(chǎn)量達(dá)到前所未有的水平。

機(jī)器人技術(shù)與人工智能賦能生物制造

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器人技術(shù)對(duì)工程菌進(jìn)行進(jìn)化優(yōu)化。該項(xiàng)目共同負(fù)責(zé)人亞當(dāng)·費(fèi)斯特教授指出："這項(xiàng)研究展現(xiàn)了通過(guò)先進(jìn)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)整合與計(jì)算設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高價(jià)值化合物可持續(xù)生產(chǎn)的未來(lái)圖景。我們通過(guò)跨學(xué)科協(xié)作證明了生物制造領(lǐng)域的創(chuàng)新加速度。"

相比傳統(tǒng)方法每升數(shù)毫克的產(chǎn)量，新系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)每升3克的產(chǎn)出。歷時(shí)數(shù)年的技術(shù)開(kāi)發(fā)在實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后立即顯現(xiàn)成效，布申回憶道："當(dāng)次日清晨看到實(shí)驗(yàn)成功并產(chǎn)出大量色素時(shí)，那是我實(shí)驗(yàn)室生涯中最激動(dòng)的時(shí)刻之一。"

從海洋偽裝到日常材料

這項(xiàng)研究的應(yīng)用前景遠(yuǎn)超動(dòng)物王國(guó)范疇。摩爾團(tuán)隊(duì)相信該技術(shù)將徹底改變生化制品生產(chǎn)方式，為化石燃料衍生的制造工藝提供清潔高效的替代方案。摩爾強(qiáng)調(diào)："我們顛覆了傳統(tǒng)細(xì)胞工程理念，技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的生產(chǎn)能力飛躍解決了供應(yīng)難題，將使這種生物材料獲得廣泛應(yīng)用。"

蜆黃質(zhì)未來(lái)可應(yīng)用于天然防曬化妝品、光電器件、熱控涂層、變色涂料及環(huán)境傳感器等領(lǐng)域。目前美國(guó)國(guó)防部及多家護(hù)膚品企業(yè)已對(duì)該技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣。

該項(xiàng)研究成果已發(fā)表于《自然·生物技術(shù)》期刊。

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