在生物技术和合成生物学中，多细胞群体自发地自组装成具有协同结构和功能的生物材料仍然是一个相当大的挑战。

近日，哈工大黄鑫教授，英国布里斯托大学Stephen Mann报道了利用葡聚糖- PEG乳液微滴的双水相分离来捕获、空间组织和固定藻细胞或藻类/细菌细胞群落，以获得能够在白天空气中进行有氧（产氧）和低氧（产氢）光合作用的离散的多细胞球体。

文章要点

1）大量的小球藻细胞自发地被BSA稳定的w/w葡聚糖-PEG乳滴捕获，然后通过高渗收缩和原位形成BSA/葡聚糖水凝胶基质被压实成紧密堆积的球状聚集体。

2）根据球体的大小，随着内部微环境含氧量的减少和氢酶活性的增加，聚集体核心内的细胞从有氧光合作用转变为低氧光合作用。结果显示，当暴露在空气中的日光下时，藻细胞微反应器产生了相当数量的氢气。

3）鉴于氧气和氢气的产生分别由分布在外壳和核心微生态位之间的小球藻（Chlorella）细胞数量决定，研究人员通过使用液滴方法自发地将紧密堆积的藻细胞包裹在连续的非光合细菌层中，提高了微反应器中的低氧光合作用水平。

4）通过这一方式，研究人员协同地将有氧呼吸和低氧光合作用结合起来，从空间组织的微生物群落中制氢，其氢产率高于所报道的自然界中的瞬时生物质燃料产量。重要的是，富含大肠杆菌的外壳不仅充当光源的屏蔽层，而且还消耗了球状体核心中藻类细胞光合作用产生的氧气，只要不耗尽细胞存储化合物，这两者都有助于氢的生物合成。此外，由于持续的细胞增殖，球体并未分解。在后一种情况下，多细胞球体中水凝胶基质的交联导致连续制氢延长到168小时。

Xu, Z., Wang, S., Zhao, C. et al. Photosynthetic hydrogen production by droplet-based microbial micro-reactors under aerobic conditions. Nat Commun 11, 5985 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-19823-5

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19823-5