地杆菌清除核废料又发电

2017/1/3 15:00:35

微生物在新能源的利用可谓是可圈可点，但是你听说过既可以发电又能清除核废料的微生物吗？没错，这是真的。美国密歇根州立大学最近就公布了这种神奇的微生物，这就是地杆菌。

目前与之相关的研究报告已经出版在最新的《美国国家科学院院刊》上。密歇根州立大学微生物专家、生物研究室科学家杰玛·雷格拉表示：“这一发现最终可能改变那些曾遭核辐射污染地区的状况。”

地杆菌属是超小的微生物，在清理核污染上有重要作用。在核能发电的每一个过程中都可能出现铀污染事故，地杆菌属能有效控制污染物的移动并且防止有害物质的扩散。此前有过相关研究表明，地杆菌属能有效固定铀。但是，确认地杆菌属菌毛的传导性则是本次的一大新发现。这种附着在地杆菌属外部的菌毛具有导电性，它由蛋白质组成，该部分是清理核废料过程中发电的主体。杰玛·雷格拉表示：实质上，它们所做的就是以天然方式电镀铀，有效固定放射性物质，并防止它进入地下水。”

杰玛·雷格拉表示：“我们的研究明确表明地杆菌属菌毛是减少铀放射性物质的主要催化剂。它能很好地固定放射性物质，并能防止其进入地下水层。此外，地杆菌属菌毛还能为地杆菌属形成遮蔽，从而保证地杆菌属能进入有毒环境工作。”地杆菌属的高效性已经在具体实际中有所表现。在科罗拉多州的一处铀矿残渣中，地杆菌属的表现突出。研究人员将醋酸盐注入受污染的地下水中，由于醋酸盐是地杆菌属喜欢的食物，它能有效促发土壤中已有地杆菌属数量的增长，这恰恰又提高了地杆菌清除放射性物质的效率。

通过改变基因，雷格拉与同事发现，不能产生菌毛的菌株，其清除铀污染的能力不及正常生长菌毛的菌株。另外，如果没有菌毛，铀的还原反应是在细菌内部进行的，会伤害到细菌自身。而有菌毛时，大部分反应围绕着菌毛完成，不仅扩大了反应过程中可用于电子传输的空间，还加大了铀与细菌的距离，提高安全性。

杰玛·雷格拉和她的研究团队目前能从基因上提高地杆菌属菌毛在地杆菌属的数量。这种改善后的菌种能有效提高地杆菌属固定放射性物质的效率，从而提高地杆菌属作为催化细胞的生存力。杰玛·雷格拉目前已经为这一研究申请专利，该技术能使微生物燃料电池在发电的同时能够清除周围环境中的有害物质。

研究小组成员包括密歇根州立大学的研究生德纳·考勒基和埃里森·斯皮尔斯及博士后拉·兰帕·帕斯提可和雪莉·凯利。美国环境卫生科学研究所和美国能源部对该项目进行资助。

事实上，人类一直在加强对微生物的利用。英国伯明翰大学研究团队早前曾找到一种清理核废料的低成本方法：研究人员在试验中将大肠杆菌与肌醇磷酸配合使用，肌醇磷酸是一种存在于植物种子中的磷酸盐的储存原料，大肠杆菌能分解其中的磷酸盐，让磷酸盐分子处于自由状态。之后，磷酸盐分子与铀结合成为铀磷酸盐，并凝结沉积在大肠杆菌细胞表面。最后，这些细胞就可以被收集起来重新回收铀。另外，一种海藻也可以将核废料中的锶和钙分离开，有效清洁核事故污染地。