持続可能なスマート材料におけるバクテリア胞子の活用(Bacterial spores for sustainable smart materials)

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2025-11-04 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

デルフト工科大学(TU Delft)の研究チームは、細菌の胞子(spore)を利用して環境に応答する持続可能なスマート材料を開発した。胞子は極限環境でも長期間生存でき、水分や温度変化などの刺激で再活性化する特性をもつ。本研究では、この特性を材料設計に応用し、「待機→活性化→機能発現→再休眠」という生物的サイクルを人工材料内で再現した。特に、Bacillus属の胞子を利用し、材料内部で環境変化を感知すると自動的にカルシウム沈着を促進し、コンクリートなどのひび割れを自己修復することが可能になる。これにより、化学的ヒーリング剤を使わず、環境負荷を低減しながら長寿命な構造物を実現できる。さらに、この“生きた材料”は、再生可能で自己維持的な構造体として、建築、インフラ、環境修復など多分野での応用が見込まれる。研究者らは、自然由来の強靭な生体システムを工学材料へ統合することで、エネルギー効率と環境適合性を両立する次世代スマートマテリアルの設計指針を示した。

持続可能なスマート材料におけるバクテリア胞子の活用(Bacterial spores for sustainable smart materials)

<関連情報>

耐性とオンデマンド機能を備えた細菌培養生体材料 Bacterially grown living materials with resistant and on-demand functionality

Jeong-Joo Oh, Franka H. van der Linden, Koray Malcı, Ramon A. van der Valk, […] , and Marie-Eve Aubin-Tam
Science Advances  Published:10 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adw8278

Abstract

Inspired by naturally occurring biomaterials, autonomously grown engineered living materials (ELMs) feature cell-driven growth and programmable biological functions. However, the “livingness” of cells poses a short life span and low tolerance to harsh conditions, limiting the practical use of such materials. Here, we developed materials with programmable and dormant functionalities, grown from a mixture of Komagataeibacter rhaeticus and Bacillus endospores under engineered medium conditions. K. rhaeticus produces the bacterial cellulose (BC) matrix that integrates Bacillus spores within, whereas the confined spores keep dormant and are resistant to harsh conditions in the environment. Bacillus spores can germinate and confer desired functions to the materials. Modulating the binding affinity of spores to the BC matrix with genetic engineering can improve cell loading and therefore enhance the material functionality. These materials can serve as a versatile on-demand platform for applications as biosensors, biocatalytic materials, and in situ transformation of mechanically robust cellulose-based composites.

生物環境工学
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