揭示遺傳性彌漫性胃癌的奧秘

一種微小的、勤奮工作的細(xì)菌——重量只有一萬億分之一克——可能很快就會(huì)對(duì)以一種環(huán)保的方式加工稀土元素產(chǎn)生重大影響。

在一項(xiàng)新的研究中，康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們表明，對(duì)這種細(xì)菌進(jìn)行基因工程改造可以提高智能手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車和風(fēng)力渦輪機(jī)中元素的凈化效率，甚至可以促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)供應(yīng)鏈。產(chǎn)氮弧菌提供了一種可持續(xù)的方法——稱為生物吸附——來提取有價(jià)值和需要的元素，而不是使用舊的、污染嚴(yán)重的溶劑法。

康奈爾大學(xué)的這項(xiàng)研究題為“營養(yǎng)弧菌體內(nèi)多輪隨機(jī)突變和選擇導(dǎo)致稀土結(jié)合能力大幅增加”，發(fā)表在12月6日的美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《合成生物學(xué)》上。

“傳統(tǒng)的分離鑭系元素的熱化學(xué)方法對(duì)環(huán)境來說是可怕的，”康奈爾大學(xué)生物與環(huán)境工程助理教授、通訊作者巴斯·巴斯托(Buz Barstow)說。“這些元素很難提煉。這就是為什么我們把稀土元素送到海外——通常是中國——進(jìn)行加工。”

博士生Sean Medin和Anastacia Dressel領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，對(duì)一種營養(yǎng)弧菌進(jìn)行基因工程改造，以提高其生物吸收或提取稀土元素的能力。

研究人員用一種叫做MP6的質(zhì)粒改變了營養(yǎng)弧菌的基因組，這種質(zhì)粒將錯(cuò)誤引入基因組，然后篩選突變體，以增加對(duì)稀土元素的生物吸收。“考慮到發(fā)現(xiàn)重要的生物吸收突變體很容易，這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了有多少基因可能對(duì)生物吸收起作用，”他說，“以及隨機(jī)誘變在識(shí)別感興趣的基因和優(yōu)化生物系統(tǒng)以完成任務(wù)方面的力量。”

稀土元素在現(xiàn)代社會(huì)中起著至關(guān)重要的作用。它們存在于計(jì)算機(jī)、電池和清潔能源技術(shù)中。2021年初，白宮下令進(jìn)行評(píng)估，后來發(fā)現(xiàn)過度依賴外國來源和敵對(duì)國家處理這些元素，構(gòu)成國家和經(jīng)濟(jì)安全。

產(chǎn)氮弧菌——以及越來越多的細(xì)菌工具——提供了一種安全地將稀土元素和礦物加工帶回美國的方法。例如，在加州的帕斯山稀土元素礦，靠近內(nèi)華達(dá)州邊境的尖端，生物加工可以使該礦恢復(fù)強(qiáng)勁的國內(nèi)生產(chǎn)力，Barstow說。

“這項(xiàng)新工作讓我們有機(jī)會(huì)跳過熱化學(xué)方法，”Barstow說。“我們可以設(shè)計(jì)這種細(xì)菌和其他細(xì)菌，因?yàn)槲覀儾恍枰兓鞍踪|(zhì)，我們可以比競爭的生物過程更便宜地操作這種系統(tǒng)。”

Barstow說，美國不再擁有熱化學(xué)處理方法的專業(yè)知識(shí)。他說:“在凈化稀土元素方面，我們現(xiàn)在有多種相互競爭的綠色方法。”“所以，即使我們想用舊的熱化學(xué)方法，我們可能也做不到。我們不再知道該怎么做了。”

Barstow說:“我們正被迫通過創(chuàng)新來解決這個(gè)問題。”

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