细菌培育的“智能活材料”：可抵抗外界影响，按需发挥功能

这项研究介绍了一种新型的“活体材料”，它由一种名为克氏葡萄糖酸杆菌（Komagataeibacter rhaeticus）的细菌和芽孢杆菌（Bacillus）的休眠孢子共同生长而成。这种材料的核心优势在于：既能长期稳定储存，又能在需要时被“唤醒”发挥特定功能。

传统意义上的活体材料依赖于持续活跃的微生物细胞来实现如感知环境、催化反应等智能功能。但这些活细胞寿命短、对高温、干燥等恶劣条件敏感，限制了材料的实际应用。为解决这一问题，研究人员巧妙地利用了芽孢杆菌的天然特性——在环境不利时，它们会形成高度抗逆的休眠孢子，可在极端条件下存活多年，一旦遇到适宜环境就能“苏醒”并恢复活性。

实验中，科学家们设计了一种特殊的培养液，让克氏葡萄糖酸杆菌正常生长并分泌出强韧的细菌纤维素（BC）网络，同时使加入的芽孢杆菌孢子保持休眠状态并均匀分散在这个纤维素网络中。这个BC网络就像一个坚固的“防护罩”，保护着内部的孢子。研究证实，这些被包裹的孢子在经历干燥、70%酒精浸泡或紫外线照射等严酷处理后依然存活。当将材料放入营养液中，孢子就能萌发成活性细胞，数量在24小时内可增长数十倍。

更重要的是，这些被“唤醒”的细胞可以被赋予各种“任务”。研究人员通过基因工程改造孢子，使其具备了多种按需启动的功能。例如，改造后的孢子在接收到特定信号（如某种化学物质）时，会发出绿色荧光，这使得该材料可作为生物传感器，用于检测食品中的甘油等成分。此外，他们还让孢子分泌β-半乳糖苷酶等酶类，使材料具备了生物催化能力。

为了进一步提升材料的性能，研究人员还通过基因手段改造了孢子表面，增强了它们与纤维素网络的结合力，从而让更多孢子能被有效固定在材料中。这不仅提高了材料的功能强度，还缩短了其响应时间。

最引人注目的是，该材料还能“自我升级”。研究人员利用一种特殊的芽孢杆菌（B. paralicheniformis），它能在纤维素基质内原位生产一种名为γ-聚谷氨酸（γ-PGA）的生物高分子。这种新生成的复合材料（BC-PGA）的柔韧性得到了极大提升，拉伸率从纯纤维素的不足1%提高到30%，韧性也大幅增强，使其更适用于食品包装等需要柔韧性的场景。

总而言之，这项技术创造了一种“休眠态”的活体材料平台。它像一张可以长期保存的“智能纸”，平时稳定耐用，一旦需要，加水或添加营养液即可瞬间“激活”，变成功能强大的生物器件。这种集长寿命、高抗逆性和按需功能性于一体的材料，在生物传感、现场催化、柔性电子和可持续包装等领域具有广阔的应用前景。