為解決汞污染問題，哈佛科學家巧用微生物自生長能力

哈佛研究所採用新型生物方法來實現實時消解環境中的汞。

近日，哈佛大學WYSS生物啟發工程研究所的研究團隊提出一種可以自我調節的微生物系統，該系統可以實現對汞污染的祛除。

伴隨著節能燈近幾年的大肆興起，汞污染問題也逐步加重。其中最為明顯的是汞水體污染，它主要來源於氯鹼、塑料、電池、電子等工業排放的廢水以及廢舊醫療器械。

而人類傳播的水銀，在環境積累中，並通過食物鏈傳播，被稱為「汞循環」。它將導致嚴重的健康問題，包括腦、腎臟和肝臟的損害以及未出生兒童的發育障礙。

目前土壤和水環境中有效隔離汞的能力差，所以研究人員一直在嘗試更多新的方法，來中和具有揮發性的汞。

據了解，該研究團隊提出的方法是利用細菌生物膜作為隔離和融合汞的有效工具，只有在汞存在的情況下，該生物膜才會產生自組裝細胞外澱粉樣蛋白納米纖維，從而在細菌微環境中大面積形成生物膜基質。

值得注意的是，與其他生物技術不同，該團隊的技術結合了一種合成生物循環技術，可以直接對環境中的汞進行動態響應，即用細菌將汞吸收到細胞體內或用表面暴露的汞結合蛋白來捕獲汞離子。

該技術核心的合成生物電路採用了調控DNA序列，它可以嚴格控制組裝蛋白纖維。在沒有汞的情況下，被稱為MerR的調節蛋白與DNA序列緊密聯合，並阻止普通實驗室細菌大腸桿菌中的基質產生；但在有汞的條件下，MerR用作在汞離子滲入細菌細胞時與汞離子結合，形成特殊的感測器，此時，調節蛋白可以改變其形狀，並脫離DNA序列以產生纖維基質成分。 Joshi的團隊研究發現，一旦在細胞表面擠出澱粉樣蛋白纖維，就表明細菌可以在重金屬的環境下，吸收比相應濃度的細菌細胞多4.5倍的汞離子。

對此，WYSS的技術研究員Peter Nguyen進一步補充道：「納米纖維的生產和組裝可以通過一系列濃度的汞反覆誘導，這其中就包括那些我們常常檢測到的生長培養基中的汞污染部位。培養基包括液體、固體以及介於液體與固體之間的物質形態，並且細菌群體最終能夠恢復並再次生長。雖然這些細胞只有當它們在環境中測到汞時才起納米材料的作用，但當組裝的澱粉樣蛋白纖維受到誘導工作時，消解汞離子的狀態（即工作狀態）可以維持10多天，這也意味著該材料的性能強大而穩定。」

WYSS研究人員認為，該系統可以進一步設計，以達到更好的汞感測和汞吸收能力，然後將系統轉移到常遭受汞污染的特定地方里，尤其是存在蓬勃發展的細菌物種的環境中，效果將會更好。

Joshi說：「我們一直以來的長期目標就是擁有一個可以應用於被污染的環境中，且具有自主調節功能的微生物系統，同時能很好得防止汞蔓延到植物或動物的食物鏈循環中。」顯然，該系統已經達成目標，只是還需進一步優化。

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