磁性细菌微生物可以帮助从废水中提取危险的重金属

Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf(HZDR)的一个研究小组成功地使用一种称为趋磁细菌的特殊细菌净化了含铀的水。该名称源于它们对磁场作出反应的能力。它们可以在细胞壁中积累溶解的重金属。这些研究结果也为铀和生物配体之间的相互作用提供了新的思路。

“我们的实验旨在实现水微生物修复领域的潜在工业应用，特别是当水被旧铀矿的矿井排水中发现的那种重金属污染时，”EvelynKrawczyk-Bärsch博士解释说。HZDR资源生态研究所。“对于这个项目，我们向一群非常特殊的生物寻求帮助：趋磁细菌，”她的同事JohannesRaff博士补充并继续说道，“由于它们的结构，它们注定要完成这样的任务。”

因为它们表现出区别于其他细菌的特征，所以趋磁细菌在细胞内形成纳米级磁性晶体。它们像一排珠子一样排列，形状如此完美，以至于人类目前无法合成复制它们。每个单独的磁性晶体都嵌入保护膜中。

晶体和膜一起形成了所谓的磁小体，细菌利用它使自己与地球磁场对齐，并在它们的栖息地中定位。它还使它们适用于简单的分离过程。

趋磁细菌几乎存在于从淡水到咸水的任何水环境中，包括营养极少的环境。微生物学家ChristopherLefèvre博士甚至在内华达州的温泉中发现了它们。正是从他和法国替代能源和原子能委员会(CEA)的同事DamienFaivre博士那里，Rossendorf的科学家们获得了他们的细菌菌株，更不用说关于如何最好地保存它们的专家建议——因为尽管相当普遍，培养它们需要一些专业知识。

恶劣环境中稳定的重金属收集器

趋磁细菌可以在中性pH值下存活，即使在含有较高浓度铀的水溶液中也是如此。在很宽的pH范围内，它们几乎完全将铀结合在细胞壁中——这是处理与采矿相关的水中发现的条件的极好基础。在此过程中，铀不会渗入细胞内部，也不会被磁小体束缚。

众所周知，不同类型的细菌可以在它们的细胞壁中结合重金属，尽管它们的结构可能完全不同。在趋磁细菌的情况下，细胞壁由肽聚糖层形成，肽聚糖层是一种由糖和氨基酸组成的大分子，是许多细菌细胞壁的主要成分，只有4纳米厚。

趋磁细菌的细胞壁被由糖和类脂肪成分组成的外膜包围：铀的潜在停靠点。

“我们的结果表明，在趋磁细菌中，肽聚糖在吸收铀方面起着主要作用。这种知识在这类细菌中是新的和意想不到的，”Krawczyk-Bärsch说。该团队甚至设法确定了三种特定的铀肽聚糖种类，并用参考样本证实了他们的发现。这些新见解之所以成为可能，要归功于显微镜和各种光谱技术的结合，这种结合在世界其他任何地方都很少见。

“例如，通过与HZDR的离子束物理和材料研究所合作，我们能够使用电子显微镜。我们研究所在现场的邻近性和同事的专业知识是我们工作的主要优势，“拉夫说。

净化污水的意义

由于它们的磁性，趋磁细菌可以很容易地用磁铁从水中分离出来。Krawczyk-Bärsch解释说：“可以想象，这可以通过直接在地表水中进行处理或从地下矿井抽水并将其引导至试验处理厂来大规模完成。”

使用趋磁细菌可以有效替代昂贵的传统化学处理——因为趋磁细菌在维护方面要求不高;相比之下，实施其他基于生物质的解决方案通常会因营养和能源需求增加而产生的成本而失败。

而另一个细节激发了研究人员对这些细菌的兴趣：它们的蛋白质可以稳定二价和三价铁，从而可以合成储存在磁小体中的磁铁矿。“所以，我们真的在问自己这些微生物如何与各种氧化态的放射性核素相互作用。特别是，我们正在考虑钚，”Raff解释说。

这是因为，与铀不同，可以想象它与铁的化学相似性意味着它使用其他途径进入细胞。这如何影响钚在自然界中的迁移行为，这是否也是从废水中去除钚的一种方法?因此，该主题也与处置库研究相关：任何结果都可以纳入安全评估。

研究结果发表在《危险材料杂志》上。

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