【自然界中最强膠水】
向自然界中的生物借智慧是當下研發高性能資料的熱點之一，形成了仿生學領域。
例如，科學家們從貽貝能安穩地附著在海邊礁石這一現象入手，正致力研發能在水下使用的强力膠水。
（貽貝的超强附著能力啟發能在水下使用的强力膠水）
自然界中的粘附高手並非只有貽貝。在微米這個尺度，一些細菌也如貽貝一樣，能够附著在潮濕的表面繁殖。
加拿大蒙特利爾大學微生物學家Yves Brun教授團隊10年前發現，柄杆菌目（Caulobacterale）中有一種叫做新月柄杆菌（Caulobacter crescentus）的細菌。這種細菌生活在淡水中，通過自身的固著器（holdfast）上的粘性物質，能使自身固定在固體表面或同其他新月柄杆菌相互鎖定。
（正在分裂的兩個新月柄杆菌通過左端固著器固鎖在一起。圖源：加拿大蒙特利爾大學）
新月柄杆菌固著器產生的吸附力最大可達70 N/mm2（小編默默換算了一下，也就是說1平方釐米就有7000N，7000牛頓=713.8012千克力，這也太强了。一輛普通的小轎車大概1400kg到1500kg，也就是說兩個平方釐米的搭接面積，可以拉動一輛小汽車），據瞭解這是自然界中已知的最强力“膠水”。
【有個弱點，怕鹽！】
然而，這種强力“膠水”懼怕鹽。只要環境中含有10 mM NaCl，其吸附力便會减小一半。
這是因為“膠水”是靠正負電荷吸引產生吸附力。如果周圍存在陰、陽離子，它們會遮罩正負電荷，减弱電荷間的吸引。
也就是說，這種“膠水”在海水中（含600 mM NaCl）幾乎不能起作用，其應用範圍被極大限制。
【粘合劑新突破：這項工作讓自然界最强力“膠水”無懼海水】
面對如上挑戰，細菌“膠水”的發現團隊沒有坐視。加拿大蒙特利爾大學Brun教授課題組近日取得突破。他們發現通過改變細菌的基因，使新月柄杆菌的多糖脫乙醯酶（polysaccharide deacetylase）活性增高，能提升其“膠水”在鹽水中的附著力。相關研究成果發表在iScience上。
【來自海洋的親戚】
由於人們對這種細菌“膠水”的化學成分還知之甚少，因而從產物方向來解决挑戰很困難。
柄杆菌目這個大家庭中是否還有其他能產生“膠水”的成員，並且生活在咸水中？
Brun團隊還真找到了一種名為波羅地海海氏菌（Hirschia baltica）的細菌。為行文方便，以下我們將前面提及的、生活在淡水中的新月柄杆菌稱為“淡水種”，將這裡的波羅地海海氏菌稱為“海水種”。
海水種的生活習慣雖然略不同於淡水種，但二者都有固著器，能附著在固體表面。
【多糖脫乙醯酶】
作者們從海水種入手。
他們發現，如果將海水種細菌中合成多糖脫乙醯酶的基因“靜默”，則海水種“膠水”附著力在鹽溶液裏會顯著下降。
具體地，作者們通過基因改造，在海水種細菌的多糖脫乙醯酶基因旁引入了一塊“活性開關”。
這個“開關”需要在Cu2+的存在下才能被啟動，且Cu2+濃度越高則啟動越强，相應地，多糖脫乙醯酶產生得越多。
實驗結果表明，當不含Cu2+時，即多糖脫乙醯酶基因“靜默”，海水種的“膠水”附著力只有正常狀態下的四分之一。
而隨著Cu2+濃度從50μM提升到250μM，“膠水”的附著力逐步恢復到正常水准。
（海水種基因改造效果。“膠水”高附著力能維持在近500 mM NaCl的鹽濃度。圖源：iScience）
多糖脫乙醯酶的重要性還可以從淡水種的改造體現出來。
依舊是通過基因改造，作者們增强了淡水種細菌的多糖脫乙醯酶基因表達。結果顯示，改造後的淡水種“膠水”吸附力在不同鹽度條件下都提升了~20%。
（淡水種基因改造效果。圖源：iScience）
囙此，作者們總結出細菌中多糖脫乙醯酶是强力“膠水”能在海水中應用的關鍵！一圖總結如下：
（實驗結果示意圖。綠色部分代表細菌的固著器，紅色代表脫乙醯位點。脫乙醯程度越高，則固著器在高鹽度環境下吸附越强。圖源：iScience）
但具體原理尚不清楚。作者們推測，多糖脫乙醯酶可將構成“膠水”的多糖分子中乙醯基還原為氨基。氨基質子化（帶正電）傾向比乙醯基高，更容易與基底產生正負電荷吸引力。
需要注意的是，基因改造的淡水種“膠水”雖然在高鹽度下附著力有所提升，但還未完全達到正常海水種的效果。這說明除了多糖脫乙醯酶這一因素外，還有其他原因制約了“膠水”附著力的進一步提升，有賴於研究者更深入地發掘。
【綠色“膠水”】
通訊作者Brun表示，研究涉及的兩種細菌對人體均無致病風險，且能大量培養，因而“膠水”生產過程對環境壓力極小。而製備傳統膠水的資料為石油製品，製備過程中會產生有毒物質。
此外，這項工作能够通過調控細菌基因製備具有不同附著力的“膠水”，為今後生產用於不同工况（如海運、給排水管、手術粘合等）的特種粘合劑提供借鑒與參攷。
完整研究資訊請參閱：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221010397