地桿菌清除核廢料又發電

2017/1/3 15:00:35

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

目前與之相關的研究報告已經出版在最新的《美國國家科學院院刊》上。密歇根州立大學微生物專家、生物研究室科學家杰瑪·雷格拉表示：“這一發現最終可能改變那些曾遭核輻射污染地區的狀況。”

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

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的主要催化劑。它能很好地固定放射性物質，并能防止其進入地下水層。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入有毒環境工作。”地桿菌屬的高效性已經在具體實際中有所表現。在科羅拉多州的一處鈾礦殘渣中，地桿菌屬的表現突出。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，它能有效促發土壤中已有地桿菌屬數量的增長，這恰恰又提高了地桿菌清除放射性物質的效率。

通過改變基因，雷格拉與同事發現，不能產生菌毛的菌株，其清除鈾污染的能力不及正常生長菌毛的菌株。另外，如果沒有菌毛，鈾的還原反應是在細菌內部進行的，會傷害到細菌自身。而有菌毛時，大部分反應圍繞著菌毛完成，不僅擴大了反應過程中可用于電子傳輸的空間，還加大了鈾與細菌的距離，提高安全性。

杰瑪·雷格拉和她的研究團隊目前能從基因上提高地桿菌屬菌毛在地桿菌屬的數量。這種改善后的菌種能有效提高地桿菌屬固定放射性物質的效率，從而提高地桿菌屬作為催化細胞的生存力。杰瑪·雷格拉目前已經為這一研究申請專利，該技術能使微生物燃料電池在發電的同時能夠清除周圍環境中的有害物質。

研究小組成員包括密歇根州立大學的研究生德納·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。美國環境衛生科學研究所和美國能源部對該項目進行資助。

事實上，人類一直在加強對微生物的利用。英國伯明翰大學研究團隊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。之后，磷酸鹽分子與鈾結合成為鈾磷酸鹽，并凝結沉積在大腸桿菌細胞表面。最后，這些細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。