研究人员牛津大学已经开发了一种基于液滴的3D打印方法，能够在微米级定制细菌基因型，这可能会推动生态学的重大转变。
利用液滴打印技术，研究人员能够打印出肠道大肠杆菌(e.c oli)的菌株，并改变菌株的间距来创建定制的细菌群落，以观察菌株并排放置在特定模式下是如何相互反应的。
研究人员声称，能够在微米尺度上操纵这些细菌的排列，能够更好地观察和理解它们的行为，甚至可能对“生态结果至关重要”。
操纵细菌和它告诉我们的东西
不同菌株和种类的细菌在太空中的位置被认为对细菌“群落”的生态以及它们如何影响我们至关重要。当一个群落首次发展时，不同菌株的排列方式也被认为是一个关键的预测因素，它决定了哪些菌株占主导地位，更普遍地说，决定了这个群落将繁荣还是灭亡。
当菌株在不同的斑块中分离生长时，这有望限制竞争机制的影响，本质上是不同种类的细菌为争夺优势而相互争斗，并促进共存。然而，这仍然是一种假设，直到现在，对这一理论的直接测试仍然存在障碍。
正如研究人员指出的，各种3D打印技术已经被开发出来，能够定位和绘制微生物的图案，但通常情况下，这项工作更侧重于生物材料的生产,如细菌的传感器．尽管3D打印技术之前促进了这一领域的研究，但细菌如何作为一个群体生长和相互作用却很少受到关注。
2020年11月，来自莱顿大学3D打印出微米级的“微游泳者”结构来帮助他们更好地研究水中细菌，而其他地方的研究人员普渡大学开发了一个3 d印制胶囊能够对人类胃肠道内的细菌进行取样。
打印出细菌群落
为了克服在微米尺度上排列细菌结构的障碍，牛津大学的研究人员开发了一种高分辨率的液滴打印技术，使他们能够在特定的亚毫米模式中定位相互作用的微生物。因此，他们能够通过在非常细的尺度上改变微生物群落的排列来操纵和研究微生物群落的生态。
为了证明他们的方法，研究人员打印了量身定制的生物墨水，其中含有大肠杆菌细胞，液滴直径为110微米，逐行打印形成图案。液滴最初被单层磷脂包围，磷脂是一种含有两种脂肪酸、一个磷酸基和一个甘油分子的脂类，以形成稳定的、无支撑的结构。
然后将生成的结构凝胶化，并通过添加油脂去除脂质双层，以创建最终打印的细菌群落。在它的印刷群落中，大肠杆菌从单细胞分散生长到三维微菌落。研究人员打印了两种不同荧光颜色的大肠杆菌菌株，以证明它们能够打印特定的模式，并改变基因混合的数量。通过这种方法，研究人员能够清楚地观察到这两种菌株是如何根据它们的空间安排生长和相互作用的。
影响微生物群落
在实验结束时，研究人员发现，在微米尺度上改变细菌的空间结构确实会影响大肠杆菌菌株之间的干扰和竞争结果。值得注意的是，他们观察到，在如此细微的范围内改变细菌的结构，可以改变一种菌株支配另一种菌株的竞争结果，这种模式可能是一种菌株繁荣和相互毁灭之间的区别。
该研究的一个关键发现证实，空间隔离通常具有保护作用，并限制了一种菌株对另一种菌株的影响。未来，研究人员将进一步探索为一种细菌菌株提供“庇护”的因素，比如菌株一起生长的时间长度、细菌营养物质的周转以及菌株的初始频率。
目前，他们认为他们的工作在许多物种和生态相互作用方面具有重要意义，并且在理解和控制微生物群落方面具有重要潜力。
关于这项研究的进一步信息可以在论文标题中找到“液滴印刷揭示了微米尺度结构对细菌生态学的重要性”，发表在《自然》杂志上。该论文由R. Kumar、T. Meiller-Legrand、A. Alcinesio、D. Gonzalez、D. Mavridou、O. Meacock、W. Smith、L. Zhou、W. Kim、G. Pulcu、H. Bayley和K. Foster共同撰写。
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特色的图像显示液滴打印产生可存活的细菌群落与界定的微米尺度图案。图片来自自然通讯。
