未来的房子能由细菌建造吗?

想象一下，如果我们能像珊瑚虫生长珊瑚礁那样建造一座建筑物，或者我们衣服上的活细胞能分解汗液和体味。想象一下，空间站上的菌落为3D打印机制造了灯丝。想象一下，我们每天使用的材料可以自我修复。

这听起来像是科幻小说，但东北大学化学和化学生物学副教授尼尔·乔希(Neel Joshi)认为，这样的壮举是可以实现的。美国国家科学基金会对此表示赞同。

乔希说，工程化的生活材料——由或由重新编程的细胞制成的物质——可以改进塑料、混凝土和其他目前用更标准的制造方法制造的材料，并取代它们。

“为我们整个建筑环境生产的材料的碳足迹是巨大的，”乔希说。“能够通过遵循生物学构建事物的模型来减少这种情况将是非常重要的。”

Joshi和他的团队提交的这个想法，已经被选为国家科学基金会2026创意机竞赛的大奖得主，该竞赛寻求“重大挑战”来帮助美国未来几年的研究议程。该团队的提案是从近800份意见书中选出的四名大奖得主之一。

乔希说，利用细菌来建造东西的想法并不像看起来那么疯狂。生物制造工业已经使用微生物来制造香水、维生素、药品和其他有用的分子。也有一些更大的材料是由活细胞产生的。

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乔希说:“你可能在食堂里发现的一些可降解塑料是由从微生物中提取的聚合物制成的。”“这是朝着正确方向迈出的一步。但是这类材料的例子很少，而且它们也没有涵盖我们想要的材料特性的广泛范围。工程生物材料的真正愿景是超越这些，直接编程细胞制造功能材料和产品，绕过传统的制造实践。”

让活细胞构建一种与分子相反的连贯材料更具挑战性，但这在自然界中经常发生。一些微生物菌落会形成光滑的胶状层，称为生物膜来保护自己——想想你牙齿上的牙菌斑或河石上的黏液——这些机制可以用来制造防水涂料或塑料类材料。

目前，我们每年生产大约3亿吨塑料，其中绝大多数是不能回收的。塑料不会在环境中分解，研究人员正在寻找解决日益严重的塑料垃圾问题的方法。细胞制造的材料更有可能被生物降解，乔希说。

“生物学非常擅长把有用的东西从一种形式转换成另一种形式，再利用所有相同的原材料来制造其他东西，”乔希说。“从生物系统中制造出来的任何东西都可能比塑料更容易降解。”

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Joshi和他的同事们已经在他们的实验室研究几种新材料，包括由细菌产生的类塑料物质。

“向大自然学习一直是这项研究的一部分，”一直致力于制造生物塑料的博士后研究员阿维纳什·曼朱拉·巴萨瓦纳(Avinash Manjula Basavanna)说。“但这比典型的生物模拟技术领先一步。我们是工程生物学，可以根据自己的需要定制材料。”

研究小组还对大肠杆菌产生的生物膜进行了调整，使其具有不同的特性。这种细菌可用于在患有克罗恩病或结肠炎的人的肠道内形成一层保护层，指导病变和发炎部位的愈合。

该实验室的博士后研究员安娜•杜拉杰-泰特表示:“未来10年，我们将讨论如何利用微生物来生产不同用途的材料，这超出了我们目前的想象。这仅仅是个开始。”

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