ScienceNow：基因改造细菌可能有助于对抗地球变暖
作者：towersimper 来源：生物谷 2012-2-27 22:12:05
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在无菌溶液中形成的碳酸钙往往是无定形的和黑色的(左边)，但是在细菌存在下，细菌促进碳酸钙产生方解石晶体(右边)。图片来自 Jenny Cappuccio/Lawrence Berkeley National Laboratory。
当人类通过释放二氧化碳(carbon dioxide, CO2)到大气而导致地球变暖时，一些研究人员相信捕获CO2并将它封存在掩埋的岩石中能够降低产生灾难性气候变化的风险。如今，一个研究小组证实细菌能够促进这种捕获过程。而且经基因修饰后，它们甚至能够更快地捕获CO2，让它保存在地下上百万年。
当CO2被注入到地下多孔岩石时，它与填充岩石孔的盐水中的金属离子结合在一起而发生矿化产生碳酸盐矿物，如碳酸钙(calcium carbonate, CaCO3)。这一过程需要上千年的时间。为了研究人们是否能够加速这种矿化作用，生化学家Jenny Cappuccio和来自劳伦斯-伯克利国家实验室地质CO2[url=http://www.bioon.com/Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=纳米]纳米控制中心(Lawrence Berkeley National Laboratory's Center for Nanoscale Control of Geologic CO2)的同事们在实验室氯化钙溶液中加入很多种常见细菌物种的混合物，然后往里注入CO2。他们发现相对于无菌溶液，含细菌的溶液中碳酸钙形成速度更快，而且当溶液存在细菌时，产生的碳酸钙形成一种不同的矿物结构：它倾向于生长为白色方解石(white calcite)晶体而不是无定形黑块(amorphous black lump)，如图所示。即便是当细菌无所事事，即处于不生长和增殖的状态，它们也促进方解石形成。
研究小组对此感到好奇并猜测细菌表面在一定程度上有助于CO2与钙离子结合在一起。为了测试这种观点，他们决定修饰其中一种细菌物种，即弧形茎菌(Caulobacter vibrioides)，从而使得它的表面将钙离子吸引过来，然后观察接下来会发生什么。
Cappuccio和同事们将一段编码一个六谷氨酸环(a loop of six glutamic acids)的短DNA序列插入到弧形茎菌中。这种环从细菌表面蛋白中伸出来并且在整个细菌表面按照六边形图案发生重复。每个六谷氨酸环含有六个负电荷。研究小组推想这种“负电荷环(negative loop)”能够巧妙地围绕在水中正电荷钙离子周围，从而将钙离子吸引到细菌表面并促使它们形成碳酸钙。
它确实如此。当研究人员注入CO2到基因修饰的细菌生活的水槽时，形成的碳酸钙数量要比同等条件下未修饰的细菌存在的水槽中更多。更重要的是，大多数的碳酸钙是以方解石晶体形式存在，而且鉴于方解石晶体要比无定形碳酸钙更加稳定，它也就可能在以地质时间衡量的长时间范围内封存CO2。2012年2月26日，Cappuccio在美国加州圣地亚哥市召开的生物物理协会会议中报道了他们的研究结果。
来自美国波兹曼市蒙大纳州立大学的生物工程师Robin Gerlach(未参与该项研究)，称赞这项研究“至关重要”。他期待它有着广泛的应用，包括稳定洪水区水土，分离放射性同位素以及通过追踪碳酸盐矿化来鉴定化石记录中的早期生命。
但是Cappuccio是最先承认这些研究结果还需要在更接近实际环境的条件下进行验证。她想在更接近于可能在地下发现的更高压力、更高温度和更低pH条件下测试这种经过基因修饰的细菌。最终，她领导的研究小组想修饰更难培养的嗜极端菌(extremophile)，因为它们是生长在非常热的高温环境下的细菌，更可能类似于在地下岩石中形成菌落的微生物，而地下岩石正是封存CO2的地方。(生物谷：towersimper编译)
本文译自ScienceNow, Kim Krieger , "Genetically Engineered Bacteria Could Help Fight Climate Change", 26 February 2012, 12:00 PM.
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