阿維菌素是由格蘭氏陽(yáng)性菌阿維鏈霉菌（Streptomyces avermitilis）產(chǎn)生的一類(lèi)十六元環(huán)大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)抗生素，具有高效、安全以及農(nóng)、牧、醫(yī)三用等特點(diǎn)，是目前世界上公認(rèn)的最有效的無(wú)公害生物殺蟲(chóng)劑之一?，F(xiàn)今，提高阿維菌素產(chǎn)量的主要技術(shù)手段包括利用各種誘變劑、基因工程技術(shù)和優(yōu)化菌株發(fā)酵培養(yǎng)條件等。但由于發(fā)酵周期較長(zhǎng)，阿維菌素產(chǎn)量的提升成為其工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)主要瓶頸。

最近，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院、工學(xué)院張玨課題組通過(guò)納秒脈沖電場(chǎng)技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)阿維菌素產(chǎn)量的高效提升（圖1），并揭示了這種嶄新的生物電技術(shù)對(duì)阿維鏈霉菌關(guān)鍵基因的調(diào)控機(jī)制（圖2）。

納秒脈沖電場(chǎng)技術(shù)（nanosecond pulsed electric fields, nsPEFs）具有瞬時(shí)功率高、作用時(shí)間極短等顯著特征。與傳統(tǒng)的電穿孔效應(yīng)截然不同，納秒脈沖電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的影響主要是對(duì)亞細(xì)胞器的作用。研究表明，nsPEFs在細(xì)胞內(nèi)鈣離子調(diào)控、腫瘤抑制、殺菌以及激活凝血因子促進(jìn)傷口愈合等方面都具有顯著功效，表明從分子、細(xì)胞到組織的不同層面都可產(chǎn)生廣泛的非熱生物學(xué)效應(yīng)。

張玨課題組前期的研究工作已經(jīng)證實(shí)了納秒脈沖電場(chǎng)具有明顯的腫瘤抑制作用（Cancer Letters, 2014, DOI:10.1016/j.canlet.2013.09.032）和降低蓖麻毒素的毒性功效（Scientific Reports, 2015, DOI: 10.1038/srep18781）。近年來(lái)，他們發(fā)現(xiàn)通過(guò)設(shè)計(jì)脈沖序列和電場(chǎng)參數(shù)，納秒脈沖電場(chǎng)技術(shù)還能夠促進(jìn)細(xì)胞的增殖，例如加速固沙植物梭梭樹(shù)的早期生長(zhǎng)速度（Plasma Processes & Polymers, 2015, DOI: 10.1002/ppap.201400131），以及促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和分化（Scientific Reports, 2014, DOI:10.1038/srep05836）等。

最近，受到多次“失敗”的腫瘤抑制實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，工學(xué)院博士研究生國(guó)晉菘和前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生馬若男等嘗試開(kāi)展了nsPEF對(duì)阿維菌素產(chǎn)量影響的研究。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了利用特定的脈沖序列和強(qiáng)度參數(shù)，納秒脈沖電場(chǎng)能夠有效地提高阿維菌素的產(chǎn)量，與對(duì)照組相比阿維菌素的產(chǎn)量平均提升了42%。進(jìn)一步的基因檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)納秒脈沖電場(chǎng)有效上調(diào)了阿維菌素關(guān)鍵調(diào)控基因aveR、malE的表達(dá)。相關(guān)研究“Raising the avermectins production in Streptomyces avermitilisby utilizing nanosecond pulsed electric fields (nsPEFs)”在Scientific Reports在線(xiàn)發(fā)表。研究結(jié)果表明，這種基于脈沖電場(chǎng)的新型生物電技術(shù)，不僅可以有效地縮短阿維鏈霉菌的發(fā)酵周期，顯著提高產(chǎn)量，而且能夠方便地嵌入現(xiàn)有的抗生素生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)生積極作用，這也為生物電技術(shù)的研究和應(yīng)用開(kāi)辟了一條令人期待的新航道。

編輯：江南