Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf(HZDR)的一個(gè)研究小組成功地使用一種稱為趨磁細(xì)菌的特殊細(xì)菌凈化了含鈾的水。該名稱源于它們對磁場作出反應(yīng)的能力。它們可以在細(xì)胞壁中積累溶解的重金屬。這些研究結(jié)果也為鈾和生物配體之間的相互作用提供了新的思路。
“我們的實(shí)驗(yàn)旨在實(shí)現(xiàn)水微生物修復(fù)領(lǐng)域的潛在工業(yè)應(yīng)用，特別是當(dāng)水被舊鈾礦的礦井排水中發(fā)現(xiàn)的那種重金屬污染時(shí)，”EvelynKrawczyk-Bärsch博士解釋說。HZDR資源生態(tài)研究所。“對于這個(gè)項(xiàng)目，我們向一群非常特殊的生物尋求幫助：趨磁細(xì)菌，”她的同事JohannesRaff博士補(bǔ)充并繼續(xù)說道，“由于它們的結(jié)構(gòu)，它們注定要完成這樣的任務(wù)。”
因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出區(qū)別于其他細(xì)菌的特征，所以趨磁細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)形成納米級磁性晶體。它們像一排珠子一樣排列，形狀如此完美，以至于人類目前無法合成復(fù)制它們。每個(gè)單獨(dú)的磁性晶體都嵌入保護(hù)膜中。
晶體和膜一起形成了所謂的磁小體，細(xì)菌利用它使自己與地球磁場對齊，并在它們的棲息地中定位。它還使它們適用于簡單的分離過程。
趨磁細(xì)菌幾乎存在于從淡水到咸水的任何水環(huán)境中，包括營養(yǎng)極少的環(huán)境。微生物學(xué)家ChristopherLefèvre博士甚至在內(nèi)華達(dá)州的溫泉中發(fā)現(xiàn)了它們。正是從他和法國替代能源和原子能委員會(huì)(CEA)的同事DamienFaivre博士那里，Rossendorf的科學(xué)家們獲得了他們的細(xì)菌菌株，更不用說關(guān)于如何最好地保存它們的專家建議——因?yàn)楸M管相當(dāng)普遍，培養(yǎng)它們需要一些專業(yè)知識(shí)。
惡劣環(huán)境中穩(wěn)定的重金屬收集器
趨磁細(xì)菌可以在中性pH值下存活，即使在含有較高濃度鈾的水溶液中也是如此。在很寬的pH范圍內(nèi)，它們幾乎完全將鈾結(jié)合在細(xì)胞壁中——這是處理與采礦相關(guān)的水中發(fā)現(xiàn)的條件的極好基礎(chǔ)。在此過程中，鈾不會(huì)滲入細(xì)胞內(nèi)部，也不會(huì)被磁小體束縛。
眾所周知，不同類型的細(xì)菌可以在它們的細(xì)胞壁中結(jié)合重金屬，盡管它們的結(jié)構(gòu)可能完全不同。在趨磁細(xì)菌的情況下，細(xì)胞壁由肽聚糖層形成，肽聚糖層是一種由糖和氨基酸組成的大分子，是許多細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，只有4納米厚。
趨磁細(xì)菌的細(xì)胞壁被由糖和類脂肪成分組成的外膜包圍：鈾的潛在?？奎c(diǎn)。
“我們的結(jié)果表明，在趨磁細(xì)菌中，肽聚糖在吸收鈾方面起著主要作用。這種知識(shí)在這類細(xì)菌中是新的和意想不到的，”Krawczyk-Bärsch說。該團(tuán)隊(duì)甚至設(shè)法確定了三種特定的鈾肽聚糖種類，并用參考樣本證實(shí)了他們的發(fā)現(xiàn)。這些新見解之所以成為可能，要?dú)w功于顯微鏡和各種光譜技術(shù)的結(jié)合，這種結(jié)合在世界其他任何地方都很少見。
“例如，通過與HZDR的離子束物理和材料研究所合作，我們能夠使用電子顯微鏡。我們研究所在現(xiàn)場的鄰近性和同事的專業(yè)知識(shí)是我們工作的主要優(yōu)勢，“拉夫說。
凈化污水的意義
由于它們的磁性，趨磁細(xì)菌可以很容易地用磁鐵從水中分離出來。Krawczyk-Bärsch解釋說：“可以想象，這可以通過直接在地表水中進(jìn)行處理或從地下礦井抽水并將其引導(dǎo)至試驗(yàn)處理廠來大規(guī)模完成。”
使用趨磁細(xì)菌可以有效替代昂貴的傳統(tǒng)化學(xué)處理——因?yàn)橼叴偶?xì)菌在維護(hù)方面要求不高;相比之下，實(shí)施其他基于生物質(zhì)的解決方案通常會(huì)因營養(yǎng)和能源需求增加而產(chǎn)生的成本而失敗。
而另一個(gè)細(xì)節(jié)激發(fā)了研究人員對這些細(xì)菌的興趣：它們的蛋白質(zhì)可以穩(wěn)定二價(jià)和三價(jià)鐵，從而可以合成儲(chǔ)存在磁小體中的磁鐵礦。“所以，我們真的在問自己這些微生物如何與各種氧化態(tài)的放射性核素相互作用。特別是，我們正在考慮钚，”Raff解釋說。
這是因?yàn)?，與鈾不同，可以想象它與鐵的化學(xué)相似性意味著它使用其他途徑進(jìn)入細(xì)胞。這如何影響钚在自然界中的遷移行為，這是否也是從廢水中去除钚的一種方法?因此，該主題也與處置庫研究相關(guān)：任何結(jié)果都可以納入安全評估。
研究結(jié)果發(fā)表在《危險(xiǎn)材料雜志》上。
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