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美国康奈尔大学研究人员利用工程菌提取稀土元素

来源:中国地质调查局 日期:2022-08-03 加入收藏
 
  美国康奈尔大学的科学家们正在设计细菌以提取稀土元素,他们认为这一工艺可以取代目前使用的热化学方法。研究人员已经筛选了氧化葡萄糖杆菌,并进行了全基因组测序,以判断其生物浸出能力。

  这种细菌可以产出一种名为“生物浸出剂”的酸,这种酸可以溶解岩石并提取稀土磷酸盐。

  博士后研究人员Alexa Schmitz表示,葡萄糖杆菌是一种醋酸菌,能够从糖类中生产出有机强酸,该细菌的特别之处在于可以快速将葡萄糖转化为葡萄糖酸和其他类似的化合物,随后可用于提取过程。这些有机酸在自然环境中可以快速分解,对生物的危害较小。

  这项研究工作的目的是通过修改细菌的基因来更有效地提取元素。为此,研究人员采用了一种“敲除数独”的方法,能够逐个禁用细菌基因组中的2733个基因。

  Schmitz表示,虽然有优秀的工具来读取和编写基因组,但人们只了解一小部分基因的功能,掌握基因功能的最好方法之一是禁用该基因并监测其功能的变化,研究发现一些基因的缺失会提高生物浸出能力,最高可达18%。

  在该项研究中,研究人员创造了一组菌株,每个菌株都有一个不同的基因被禁用,对这些敲除基因的菌株进行筛选后发现超过300个菌株具有不同程度的利用葡萄糖降低培养基pH值的能力,这是一个很好的反映生物采矿效率的指标。研究人员在这一组菌株中挑出了最强和最弱的酸化剂以确认对生物采矿的直接影响。

  研究人员正在努力调节这种加速酸生成的基因,希望能够创造一种系统,使细菌可以将廉价的纤维素衍生糖作为能量。

  该研究团队使用质谱技术测定了突变体暴露在矿石溶液中的稀土元素的浓度,发现其中一些突变体的浓度很高。

  Schmitz表示,我们测试了提取的稀土元素,将细菌产生的生物溶出剂与干馏磷粉混合,摇晃培养3天后,除去剩余的固体杂质,使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定渗滤液中所有稀土元素的浓度。测试结果表明,酸化效果得到改善的基因敲除菌株的生物采矿效率提高了18%。值得注意的是,一些生物采矿表现较好的菌株,其参与磷酸盐特殊转运(Pst)系统的基因遭到破坏。微生物产生有机酸的一个主要原因是为了溶解环境中的磷酸盐和其他矿物质。Pst系统对于检测磷酸盐至关重要,研究人员认为,缺乏这些基因意味着细菌感觉不到其体内有足够的磷酸盐,因此会产生更多的有机酸。
  
 

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