科普 │ 微生物“织”出绿色长链：聚谷氨酸让护肤与黑土地都有了新帮手

一群肉眼看不见的微生物，正在发酵罐里“织”出一种绿色长链分子——聚 γ-谷氨酸，简称 γ-PGA。它由谷氨酸单元连接而成，可溶于水、可降解为无公害谷氨酸，并具有良好的生物相容性。

γ-PGA 又被称为“纳豆胶”，可作为保水剂、保肥剂、絮凝剂、食品添加剂、药物载体、医用材料和化妆品添加剂等，应用场景横跨农业、食品、日化、医药和环保领域。

不过，要让这种“绿色长链”真正服务更多产业，并不是简单地把菌种放进发酵罐就可以。关键难题之一，是分子量控制。通俗地说，聚谷氨酸像一串由谷氨酸“珠子”组成的项链：项链太长，溶液可能过黏，不利于加工；项链太短，功能又可能改变。不同应用需要不同长度、不同结构的聚谷氨酸。因此，如何让微生物按需求生产“指定长度”的聚谷氨酸，成为合成生物技术的重要突破点。

科学家们的办法，是把微生物改造成更精准的“细胞工厂”。在芽孢杆菌中，PgsB、PgsC、PgsA 等蛋白组成的合成机器负责把谷氨酸一个个接到聚合链上；同时，某些降解酶又像“分子剪刀”，会影响最终链长。中国科学院微生物研究所微生物多样性与资源创新利用全国重点实验室于波团队通过调控合成酶、降解酶、启动子和代谢流，可以提高产量，也可以改变聚谷氨酸的分子量，拥有了多株具有自主知识产权的聚谷氨酸生产菌株。

这种技术的意义，不只停留在实验室。对护肤品而言，γ-PGA 是一种亲水性保湿材料，可用于改善皮肤和头发护理产品的质感与保湿性能；对农业而言，它又像一张会吸水、能留肥的“分子网”，有助于提高土壤养分保持和植物吸收效率。在“黑土粮仓”科技会战长岭示范区，高分子量和低分子量聚谷氨酸已结合精准施肥开展应用，可提高肥料利用率，投入少，仅为 15 元/亩以下。对于黑土地保护而言，这意味着一种可能的新路径：不是简单多施肥，而是让肥料更高效地被作物利用，让土壤更好地保水保肥。

从一粒看不见的微生物，到一条可降解的功能高分子，再到护肤品、农田和绿色制造，聚谷氨酸展示了合成生物技术的独特魅力。未来，随着特定分子量聚谷氨酸发酵工艺不断成熟，这条由微生物“织”出的绿色长链，有望在更多生活场景中发挥作用：既让肌肤锁住水分，也让土地留住养分。

文：张译元

审稿：于波