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哈佛科学家巧用微生物自生长能力 解决汞污染问题

2017/8/18 16:49:17  来源:镁客网  我要投稿

哈佛研究所采用新型生物方法来实现实时消解环境中的汞。

近日,哈佛大学WYSS生物启发工程研究所的研究团队提出一种可以自我调节的微生物系统,该系统可以实现对汞污染的祛除。

伴随着节能灯近几年的大肆兴起,汞污染问题也逐步加重。其中最为明显的是汞水体污染,它主要来源于氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水以及废旧医疗器械。

而人类传播的水银,在环境积累中,并通过食物链传播,被称为“汞循环”。它将导致严重的健康问题,包括脑、肾脏和肝脏的损害以及未出生儿童的发育障碍。

目前土壤和水环境中有效隔离汞的能力差,所以研究人员一直在尝试更多新的方法,来中和具有挥发性的汞。

据了解,该研究团队提出的方法是利用细菌生物膜作为隔离和融合汞的有效工具,只有在汞存在的情况下,该生物膜才会产生自组装细胞外淀粉样蛋白纳米纤维,从而在细菌微环境中大面积形成生物膜基质。

值得注意的是,与其他生物技术不同,该团队的技术结合了一种合成生物循环技术,可以直接对环境中的汞进行动态响应,即用细菌将汞吸收到细胞体内或用表面暴露的汞结合蛋白来捕获汞离子。

该技术核心的合成生物电路采用了调控DNA序列,它可以严格控制组装蛋白纤维。在没有汞的情况下,被称为MerR的调节蛋白与DNA序列紧密联合,并阻止普通实验室细菌大肠杆菌中的基质产生;但在有汞的条件下,MerR用作在汞离子渗入细菌细胞时与汞离子结合,形成特殊的传感器,此时,调节蛋白可以改变其形状,并脱离DNA序列以产生纤维基质成分。 Joshi的团队研究发现,一旦在细胞表面挤出淀粉样蛋白纤维,就表明细菌可以在重金属的环境下,吸收比相应浓度的细菌细胞多4.5倍的汞离子。

对此,WYSS的技术研究员Peter Nguyen进一步补充道:“纳米纤维的生产和组装可以通过一系列浓度的汞反复诱导,这其中就包括那些我们常常检测到的生长培养基中的汞污染部位。培养基包括液体、固体以及介于液体与固体之间的物质形态,并且细菌群体最终能够恢复并再次生长。虽然这些细胞只有当它们在环境中测到汞时才起纳米材料的作用,但当组装的淀粉样蛋白纤维受到诱导工作时,消解汞离子的状态(即工作状态)可以维持10多天,这也意味着该材料的性能强大而稳定。”

WYSS研究人员认为,该系统可以进一步设计,以达到更好的汞感测和汞吸收能力,然后将系统转移到常遭受汞污染的特定地方里,尤其是存在蓬勃发展的细菌物种的环境中,效果将会更好。

Joshi说:“我们一直以来的长期目标就是拥有一个可以应用于被污染的环境中,且具有自主调节功能的微生物系统,同时能很好得防止汞蔓延到植物或动物的食物链循环中。”显然,该系统已经达成目标,只是还需进一步优化。

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文章关键词:汞污染 水体污染 汞循环

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