科学家修改细菌的基因 加速污染物的分解速度

2021年06月21日 阅读量:1

化学品的生产是一项繁琐的业务。通常,工厂只生产一小部分真正需要的东西。剩下的大部分是无法使用的,甚至更糟。比如,军人在越战中使用的脱叶剂“橙剂”,是赶工生产的。它含有二恶英杂质。结果,不仅战区的树木失去了叶子,美国士兵和越南平民也在多年后患上了癌症。

还有农业方面的例子:在杀虫剂林丹的生产中,六氯环己烷 (HCH) 只产生不到 15% 的所需物质;85% 的反应液是危险废物。在 1950 年代,这种有毒混合物仍被全部喷洒在田地和果园上。后来有效的林丹被分离出来并出售,其余的被倾倒在垃圾填埋场。那里的化学物质今天仍然存在。林丹自 2007 年起在欧盟被禁用,在瑞士也有一段时间没有使用了。

 

阻燃剂六溴环癸烷 (HBCD) 也是几种物质的混合物。它发明于 1970 年代,以每年 10,000 吨的规模生产,用于房屋外墙的聚苯乙烯绝缘板、纺织品和电器塑料。自 2014 年以来,它已在全球范围内被禁止。在瑞士,含有六溴环十二烷的塑料不能回收利用,但必须在垃圾焚烧中销毁。

 

国际上被禁止

 

自 2004 年以来,《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》就对此类长寿命环境毒素的处理进行了规范。瑞士于 2003 年批准了该协议,但所有这些物质都已经存在于环境中 - 并且分布均匀。六溴环十二烷存在于污水污泥、鱼、空气、水和土壤中。2004 年,世界自然基金会(WWF)从 11 位欧洲环境部长和 3 位卫生部长那里采集了血液样本,并在他们每一位部长的血液中检测到六溴环十二烷和林丹。

 

细菌,来自土壤的拯救者

 

这就引出了一个问题:我们能否回收或解毒过去几代人的化学废物?幸运的是,科学家们在寻找解决方案时并没有回避令人讨厌的地方。1991 年,他们在法国、日本和印度的化学废料场几乎同时发现了三种可以消耗林丹及其无用化学兄弟的细菌:Sphingobium Francense、Sphingobium japonicum 和 Sphingobium indicum。这些生物清洁剂或许还能消化阻燃剂六溴环十二烷和其他毒素。

 

Empa 化学家 Norbert Heeb 和 Eawag 微生物学家 Hans-Peter Kohler 以及苏黎世应用科学大学 (ZHAW) 和两个印度研究所的研究人员对它们进行了测试。他们修改了印度细菌的基因,并以纯形式生产了 HCH 降解酶。酶是一种蛋白质分子,可以说是一种生物催化剂,细菌和其他活细胞可以用它来构建或分解化学物质。污染物分子 HCH 将自身插入酶中,就像一把钥匙插入锁中。然后部分分子被分裂。现在无害的碎片再次释放,酶准备好吸收下一个污染物分子。

突变带来机遇

 

Heeb 与本科生 Jasmin Hubeli 一起,不仅研究了垃圾填埋场中发现的酶变体,还研究了从转基因细菌菌株中获得的酶。在这里,研究人员故意扩大了“钥匙孔”,以便更容易地分解较大的六溴环十二烷分子。结果:基因改造影响了污染物分解的速度。Empa 研究员 Heeb 对他们的结果充满希望,这意味着我们现在实际上有机会使用生物方法使这些由人类产生并分布在大面积区域的长寿命毒素无害。然而,还有很长的路要走。

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