Recombinant bacteria for environmental release: what went wrong and what we have learnt from it

From a biotechnological point of view, bacteria can be seen as either pathogens to target with new drugs or as biocatalysts for large-scale processes in industry, agriculture or the environment. The last includes the exploitation of bacterial activities for bioremediation of toxic waste either in situ or ex situ . The onset of genetic engineering in the late 70s opened the possibility of tailoring recombinant bacteria for environmental release, aimed at biodegradation of otherwise recalcitrant chemicals. However, a few decades later the outcome of this prospect has been quite meager. The literature counts very few cases where the use of genetically engineered bacteria has been proven to be more efficient than natural microorganisms in elimination of recalcitrant compounds under natural (not laboratory) conditions. Fortunately, the emergence of Systems and Synthetic Biology in the last few years is helping to identify what were the caveats of the former approaches and how to correct them. In addition, robust design concepts imported from process engineering provides fresh approaches to the challenge of designing microorganisms á la carte for environmental applications.     

Biodegradation of dimethyl terephthalate by Pasteurella multocida Sa follows an alternative biochemical pathway

Pasteurella multocida Sa, a bacterial strain isolated from mangrove sediment by enrichment technique, was capable of transforming dimethyl terephthalate (DMT). Biodegradation of DMT was shown to take place as a series of sequential steps involving the hydrolysis of two ester linkages between the carboxyl groups of the terephthalate and the methyl side-chain initially to produce mono-methyl terephthalate (MMT) and then terephthalic acid (TA), respectively. However, with ethanol as the carrying solvent, there was a formation of one metabolite previously not observed. The two metabolites were characterized by high performance-liquid chromatography-electron ionization mass spectrometry as MMT and mono-ethyl terephthalate (MET), suggesting the existence of an alternative biochemical pathway in the degradation of DMT by P. multocida Sa. Since the presence of MMT and ethanol in culture inoculated with P. multocida Sa was prerequisites for the formation of MET, biologically mediated trans-esterification was proposed as a mechanism for the novel biochemical process observed.Special Issue on Biomarkers of Marine Pollution and Bioremediation     

替硝唑可生物降解聚乳酸缓释凝胶的制备

采用聚乳酸[poly(DL-lactide)]制备替硝唑牙周缓释凝胶,考察聚合物分子量、浓度、溶剂和载药量等因素的影响,应用正交实验优选最佳制备工艺条件。结果表明,以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,poly(DL-lactide)[DL-PLA]5 700浓度为30∶70,载药量为4%~6%时的工艺条件较优。     

壳聚糖膜的降解与生物相容性研究

用小鼠作实验动物，研究了壳聚膜的生物降解与生物相容性，结果表明，壳聚糖膜易于生物降解，在植入初期有轻度炎症反应，至１６周后炎症反应基本消失。作为一种新型天然可吸收性生物材料，壳聚糖具有很好的发展应用前景。     

利塞膦酸对硅酸钙骨水泥材料性能影响及体外释放机理的研究

目的探讨利塞膦酸对硅酸钙骨水泥材料性能的影响及其体外缓释的机理。方法将不同浓度的利塞膦酸(0.1%、0.5%和1.0%)与硅酸钙骨水泥粉末混合后进行水化反应,观察骨水泥固化时间及3天和7天后的抗压强度,并利用X射线衍射仪和Rietveld数字模拟精修方法定性与定量分析水化后骨水泥的相组成。同时,将固化后载药骨水泥样本放入磷酸盐缓冲液中,利用高效液相色谱仪检测利塞膦酸28天内的释放曲线。结果固化速度及3天和7天后力学强度均受到利塞膦酸的影响,且随着利塞膦酸含量的增加,固化速度减慢,力学性能下降。X射线衍射的定性分析与Rietveld定量分析表明,利塞膦酸强有力附着在硅酸钙水化后产物硅酸钙水凝胶表面,阻碍水化反应进一步发生,从而延长固化时间并减少骨水泥的力学强度。体外药物释放曲线表明,利塞膦酸在浸泡后2周内达到释放峰值,在其后的14天中,并无明显释放,证明硅酸钙骨水泥作为利塞膦酸载药系统具有缓释及控释的效果。吸附与脱附实验及Higuchi方程分析表明,利塞膦酸在水化时形成不溶性钙盐,因此药物释放速度受到制约。结论硅酸钙骨水泥作为利塞膦酸缓释系统具有缓释和控释的效果,有利于合并骨质疏松症患者的骨折修复与重铸。     

人发角蛋白人工腱材料体内降解及生物相容性研究

目的研究人发角蛋白人工腱(humanhairkeratinartificaltendon,HHKAT)材料在体内的可降解性及其生物相容性.方法对12只日本大耳白兔随机分组,在脊旁肌埋藏不同处理时间的人发角蛋白人工腱试件F及Z,用正常人发O做对照,分别在2、6、12、24周取材,观察人发角蛋白的降解吸收过程及其周围的组织反应.结果动物植入实验中发现不同时间处理的材料其降解速度不同,其中降解最快的F组在24周已完全吸收,而Z组在24周只有部分降解,O组未见降解.HHKAT及人发在肌肉组织内无明显的炎症排斥反应,随着HHKAT材料的降解吸收,其周围的组织反应逐渐降低.结论本研究表明人发角蛋白人工腱材料具有良好的生物相容性,在体内能够被降解吸收,可根据不同的需要调节其降解速度,是良好的肌腱替代材料.     

聚乙交酯丙交酯体内外生物降解性能的相关研究

通过对聚乙交酯丙交酯 (PGL A)进行体内和体外生物降解性的实验研究 ,探讨两种降解过程之间的关联性。体外实验是将 PGL A材料 (1cm× 1cm)分别浸泡在人工唾液和 PBS溶液中 ,体内 (动物 )试验是将材料直接植入 Wistar大白鼠的皮下组织 ,浸泡后或植入后 1～ 10周 ,每周计算材料的质量损耗率 ,每 2周进行分子量测定。实验结果显示 :PGL A材料在人工唾液中的降解要快于在 PBS液中的降解 ;材料质量损耗的发生慢于分子量的变化 ;体外的降解周期大约为 9～ 10周 ,体内降解周期为 8周左右 ,体内组的降解速率是体外组的 1.33倍。结论为PGL A体外降解主要是化学降解过程 ,通过酯键的水解来进行。体内降解过程中 ,应力环境和生物因素都会对材料的降解动力学产生影响 ,使降解过程明显加快 ,但体内和外降解都符合脂肪族聚酯降解的动力学模型 ,PGL A的体内外生物降解性之间存在一定的相关性。     

PLDLA接骨材料行下颌骨骨折内固定的实验研究

目的：评价新掣L／DL聚乳酸（poly-L／DL-lactide,PLDLA）接骨材料行兔下颌骨骨折坚强内固定的可行性及其在动物体内的组织学反应。方法：分别采用PLDLA接骨材料和纯钛接骨材料行兔下颌骨骨折内固定术,术后1、2、4、8周进行大体标本、影像学、骨生物力学测试和组织学检查。结果：所有实验动物下颌骨骨折断端均对位良好。PLDLA组的愈合骨折力学强度测试结果与钛板组无统计学差异。PLDLA接骨板在动物机体内无明显不良反应。结论：PLDLA接骨材料对兔下颌骨骨折具有良好的内固定作用,对骨折愈合过程无不良影响。     

壳聚糖棒材的组织相容性和安全性评价

生物降解内固定材料要求有良好的生物相容性，我们对壳聚糖棒进行了一系列体外和体内的生物学实验，包括热源反应、皮内注射、皮肤致敏实验、全身过鳘实验，眼结膜角膜实验，皮下埋植急性实验，经口毒性实验，经静脉注射实验、溶血实验、降压物质实验、微核实验，皮下和骨内埋植实验，结果表明：壳聚糖棒有良好物生物相容性和安全性。在皮下和骨内埋早期，壳聚糖棒周围可出现异物反应，埋植后三个月异物反应消失。这种异物反应在ＰＧ     

多孔羟基磷灰石生物活性玻璃修复兔颌骨缺损

目的 探讨羟基磷灰石/生物活性玻璃复合多孔材料(HA-BG)修复兔下颌骨缺损的机理.方法 兔下颌骨贯通性骨缺损,分别以HA-BG及羟基磷灰石HA修复,分批处死动物,进行X光密度、组织学及新骨面积百分比观察.结果 4周、8周、12周修复区密度逐渐减小;组织学观察,随时间延长新骨呈渐进性成熟,新骨面积百分比逐渐增长,各期HA-BG组新骨面积百分比均高于HA组.结论 HA-BG具有良好的生物相容性、生物降解性及引导成骨活性.