小小细菌可能对稀土加工产生巨大影响

一种微小而勤奋的细菌(重量为万亿分之一克)可能很快就会对以环保方式加工稀土元素产生重大影响。

在一项新的研究中，康奈尔大学的科学家表明，对这种细菌进行基因工程改造可以提高智能手机、计算机、电动汽车和风力涡轮机中元素的净化效率，甚至可以促进全球经济供应链。

细菌弧菌natriegens提供了一种可持续的方法——称为生物吸附——来提取有价值和所需的元素，而不是使用旧的、污染性的溶剂密集型方法。

康奈尔大学的研究“弧菌体内多轮随机诱变和选择导致稀土元素结合能力的大幅提高”于12月12日发表。

美国化学学会期刊《合成生物学》第6期。

“分离镧系元素的传统热化学方法对环境有害，”通讯作者康乃尔大学生物和环境工程助理教授巴斯·巴斯托说。

“很难提炼这些元素。这就是为什么我们将稀土元素运往海外——通常是中国——进行加工。”

博士生肖恩·梅丁和安娜贾西亚·德雷塞尔领导了这项研究，对一种钠弧菌进行基因工程改造，以提高其生物吸附或提取稀土元素的能力。

研究人员用一种叫做MP6的质粒改变了纳氏弧菌的基因组，这种质粒在基因组中引入了错误，然后筛选出稀土元素生物吸附增加的突变体。

“鉴于找到重要的生物吸附突变体很容易，这些结果凸显了有多少基因可能有助于生物吸附，”他说，“以及随机诱变在识别感兴趣的基因和优化生物系统以完成某项任务方面的能力。”

稀土元素在现代社会中发挥着关键作用。它们存在于电脑、电池和清洁能源技术中。

2021年初，白宫下令进行一项评估，后来发现过度依赖处理元素的外国来源和敌对国家，对国家和经济安全构成威胁。

巴斯托说，纳氏弧菌和越来越多的细菌工具提供了一种将稀土元素和矿物加工安全带回美国的方法。例如，在加利福尼亚州靠近内华达州边界顶端的山口稀土矿，生物加工可以使该矿恢复强劲的国内生产力。

巴斯托说:“这项新工作为我们提供了一个跨越热化学方法的机会。”

“我们可以改造这种细菌和其他细菌，因为我们不需要纯化蛋白质，所以我们可以比竞争对手的生物过程更便宜地操作这种系统。”

巴斯托说，美国不再拥有热化学加工方法方面的专业知识。

他说:“为了提纯稀土元素，我们现在只剩下相互竞争的绿色方法。”

“因此，即使我们想采用古老的热化学方法，我们可能也做不到。我们不再知道如何去做。”

巴斯托说:“我们正被迫通过创新来解决这个问题。”

这项研究得到了康奈尔大学总统生命科学研究生奖学金、康奈尔大学能源系统研究所、康奈尔大学工程学习计划、巴勒斯欢迎基金、康奈尔大学阿特金森可持续发展中心颁发的学术风险基金奖、康奈尔大学2030项目快速赠款以及玛丽·费尔南多·康拉德和托尼·康拉德的捐赠。

来源: Materials provided by Cornell University. Original written by Blaine Friedlander, courtesy of the Cornell Chronicle.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Sean Medin, Anastacia Dressel, David A. Specht, Timothy J. Sheppard, Megan E. Holycross, Matthew C. Reid, Esteban Gazel, Mingming Wu, Buz Barstow. Multiple Rounds of In Vivo Random Mutagenesis and Selection in Vibrio natriegens Result in Substantial Increases in REE Binding Capacity. ACS Synthetic Biology, 2023; 12 (12): 3680 DOI: 10.1021/acssynbio.3c00484