在自然界中，微生物群落在多个方面发挥着重要作用。如土壤中的微生物菌群在碳循环中发挥重要作用；肠道微生物菌群在代谢营养物质和防止病原体入侵方面发挥着关键作用。

如何让不同类型的微生物相互交流并行使更多的功能？

中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所戴卓君团队在人工合成微生物群落领域，针对跨物种菌群因为竞争关系难以稳定共存的问题，提出了一种灵活、精确的策略及方法构建稳定的跨物种微生物群落。并利用该方法灵活且可控地组装了多种合成菌群，并实现了菌群间的分工与通讯。

相关成果于北京时间2022年7月6日发表于《自然—通讯》，戴卓君为论文通讯作者，课题组王林为论文第一作者，张曦及唐琛望也对文章工作做出了重要贡献。

首先，研究人员构建了尺寸约为400微米，能够包裹微生物的微球(Microbial swarmbot, MSB)。微球具有三维网状交联结构，能允许营养物质、信号分子和代谢物等小分子及蛋白质等生物大分子的自由扩散，但会限制微球内的微生物的运动。由于MSB具有相对独立的生长空间和明确的承载上限。所以，即使菌群中种群的分裂时间不匹配也可以平衡增长。

研究团队分别构建了大肠杆菌、酿酒酵母及毕赤酵母的MSB，并验证了其可以在MSB环境下生长并表达目的蛋白或小分子（大麻萜酚酸），说明MSB环境中不同的微生物可以正常生长、代谢并行使特定的生物学功能。随后，研究团队进一步构建了微生物群落(Microbial swarmbot consortia, MSBC)。

利用MSBC技术构建的多物种菌群。 科研团队供图

“MSBC技术可以实现跨物种间的分工、通讯乃至光能自养。”戴卓君说道。

例如，在农业生产中，由于过度使用兽药和杀虫剂，导致农业废水存在大量抗生素和有机磷废物，对环境造成了巨大的危害。研究人员通过构建MSBC，利用两种物种分别降解抗生素和有机磷，能够对废水中的有害物质进行有效降解。

在生物能源领域，科研人员使用蓝藻和大肠杆菌设计构建了光合自养的MSBC，光合自养的微生物蓝藻可以利用CO2合成蔗糖。同样，使用合成生物学工具改造的大肠杆菌可以将环境中的蔗糖运输到细胞内进行新陈代谢，促进细胞生长；通过构建蓝藻及大肠杆菌的MSB，组装了光能自养的MSBC，在没有任何有机碳源的基础培养基中，成功地维持了异养大肠杆菌MSB的生长。

“MSBC平台可以通过调整不同MSB的种类、数量和培养体积来灵活、精确的调控群落结构并可轻松扩大规模。此外，MSBC平台可以根据设计使用包含不同菌株或物种的各种MSB构建微生物群落，宿主微生物和封装材料可以单独设计或优化，然后集成。”戴卓君说道。

这些属性使MSBC平台具有高度的通用性和灵活性，可以用来设计定制功能复杂多样的合成微生物群落，也可以通过简单地更换菌群中的MSC来改变和丰富群落功能。

（原标题《不同物种的微生物如何共存？ 深圳科学家构建人工微生物部落》）

见习编辑 饶欢  审读 吴剑林 审核 桂桐 关越