地桿菌清除核廢料又發(fā)電

2017/1/3 15:00:35

微生物在新能源的利用可謂是可圈可點(diǎn)，但是你聽說過既可以發(fā)電又能清除核廢料的微生物嗎？沒錯(cuò)，這是真的。美國(guó)密歇根州立大學(xué)最近就公布了這種神奇的微生物，這就是地桿菌。

目前與之相關(guān)的研究報(bào)告已經(jīng)出版在最新的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。密歇根州立大學(xué)微生物專家、生物研究室科學(xué)家杰瑪·雷格拉表示：“這一發(fā)現(xiàn)最終可能改變那些曾遭核輻射污染地區(qū)的狀況。”

地桿菌屬是超小的微生物，在清理核污染上有重要作用。在核能發(fā)電的每一個(gè)過程中都可能出現(xiàn)鈾污染事故，地桿菌屬能有效控制污染物的移動(dòng)并且防止有害物質(zhì)的擴(kuò)散。此前有過相關(guān)研究表明，地桿菌屬能有效固定鈾。但是，確認(rèn)地桿菌屬菌毛的傳導(dǎo)性則是本次的一大新發(fā)現(xiàn)。這種附著在地桿菌屬外部的菌毛具有導(dǎo)電性，它由蛋白質(zhì)組成，該部分是清理核廢料過程中發(fā)電的主體。杰瑪·雷格拉表示：實(shí)質(zhì)上，它們所做的就是以天然方式電鍍鈾，有效固定放射性物質(zhì)，并防止它進(jìn)入地下水。”

杰瑪·雷格拉表示：“我們的研究明確表明地桿菌屬菌毛是減少鈾放射性物質(zhì)的主要催化劑。它能很好地固定放射性物質(zhì)，并能防止其進(jìn)入地下水層。此外，地桿菌屬菌毛還能為地桿菌屬形成遮蔽，從而保證地桿菌屬能進(jìn)入有毒環(huán)境工作。”地桿菌屬的高效性已經(jīng)在具體實(shí)際中有所表現(xiàn)。在科羅拉多州的一處鈾礦殘?jiān)�中，地桿菌屬的表現(xiàn)突出。研究人員將醋酸鹽注入受污染的地下水中，由于醋酸鹽是地桿菌屬喜歡的食物，它能有效促發(fā)土壤中已有地桿菌屬數(shù)量的增長(zhǎng)，這恰恰又提高了地桿菌清除放射性物質(zhì)的效率。

通過改變基因，雷格拉與同事發(fā)現(xiàn)，不能產(chǎn)生菌毛的菌株，其清除鈾污染的能力不及正常生長(zhǎng)菌毛的菌株。另外，如果沒有菌毛，鈾的還原反應(yīng)是在細(xì)菌內(nèi)部進(jìn)行的，會(huì)傷害到細(xì)菌自身。而有菌毛時(shí)，大部分反應(yīng)圍繞著菌毛完成，不僅擴(kuò)大了反應(yīng)過程中可用于電子傳輸?shù)目臻g，還加大了鈾與細(xì)菌的距離，提高安全性。

杰瑪·雷格拉和她的研究團(tuán)隊(duì)目前能從基因上提高地桿菌屬菌毛在地桿菌屬的數(shù)量。這種改善后的菌種能有效提高地桿菌屬固定放射性物質(zhì)的效率，從而提高地桿菌屬作為催化細(xì)胞的生存力。杰瑪·雷格拉目前已經(jīng)為這一研究申請(qǐng)專利，該技術(shù)能使微生物燃料電池在發(fā)電的同時(shí)能夠清除周圍環(huán)境中的有害物質(zhì)。

研究小組成員包括密歇根州立大學(xué)的研究生德納·考勒基和埃里森·斯皮爾斯及博士后拉·蘭帕·帕斯提可和雪莉·凱利。美國(guó)環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所和美國(guó)能源部對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行資助。

事實(shí)上，人類一直在加強(qiáng)對(duì)微生物的利用。英國(guó)伯明翰大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)早前曾找到一種清理核廢料的低成本方法：研究人員在試驗(yàn)中將大腸桿菌與肌醇磷酸配合使用，肌醇磷酸是一種存在于植物種子中的磷酸鹽的儲(chǔ)存原料，大腸桿菌能分解其中的磷酸鹽，讓磷酸鹽分子處于自由狀態(tài)。之后，磷酸鹽分子與鈾結(jié)合成為鈾磷酸鹽，并凝結(jié)沉積在大腸桿菌細(xì)胞表面。最后，這些細(xì)胞就可以被收集起來重新回收鈾。另外，一種海藻也可以將核廢料中的鍶和鈣分離開，有效清潔核事故污染地。