揭示遺傳性彌漫性胃癌的奧秘

一種微小的、勤奮工作的細菌——重量只有一萬億分之一克——可能很快就會對以一種環保的方式加工稀土元素產生重大影響。

在一項新的研究中，康奈爾大學的科學家們表明，對這種細菌進行基因工程改造可以提高智能手機、電腦、電動汽車和風力渦輪機中元素的凈化效率，甚至可以促進全球經濟供應鏈。產氮弧菌提供了一種可持續的方法——稱為生物吸附——來提取有價值和需要的元素，而不是使用舊的、污染嚴重的溶劑法。

康奈爾大學的這項研究題為“營養弧菌體內多輪隨機突變和選擇導致稀土結合能力大幅增加”，發表在12月6日的美國化學學會期刊《合成生物學》上。

“傳統的分離鑭系元素的熱化學方法對環境來說是可怕的，”康奈爾大學生物與環境工程助理教授、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——進行加工。”

博士生Sean Medin和Anastacia Dressel領導了這項研究，對一種營養弧菌進行基因工程改造，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的質粒改變了營養弧菌的基因組，這種質粒將錯誤引入基因組，然后篩選突變體，以增加對稀土元素的生物吸收。“考慮到發現重要的生物吸收突變體很容易，這些結果強調了有多少基因可能對生物吸收起作用，”他說，“以及隨機誘變在識別感興趣的基因和優化生物系統以完成任務方面的力量。”

稀土元素在現代社會中起著至關重要的作用。它們存在于計算機、電池和清潔能源技術中。2021年初，白宮下令進行評估，后來發現過度依賴外國來源和敵對國家處理這些元素，構成國家和經濟安全。

產氮弧菌——以及越來越多的細菌工具——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，靠近內華達州邊境的尖端，生物加工可以使該礦恢復強勁的國內生產力，Barstow說。

“這項新工作讓我們有機會跳過熱化學方法，”Barstow說。“我們可以設計這種細菌和其他細菌，因為我們不需要純化蛋白質，我們可以比競爭的生物過程更便宜地操作這種系統。”

Barstow說，美國不再擁有熱化學處理方法的專業知識。他說:“在凈化稀土元素方面，我們現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:“我們正被迫通過創新來解決這個問題。”

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