Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf(HZDR)的一個研究小組成功地使用一種稱為趨磁細菌的特殊細菌凈化了含鈾的水。該名稱源于它們對磁場作出反應的能力。它們可以在細胞壁中積累溶解的重金屬。這些研究結果也為鈾和生物配體之間的相互作用提供了新的思路。
“我們的實驗旨在實現(xiàn)水微生物修復領域的潛在工業(yè)應用，特別是當水被舊鈾礦的礦井排水中發(fā)現(xiàn)的那種重金屬污染時，”EvelynKrawczyk-Bärsch博士解釋說。HZDR資源生態(tài)研究所。“對于這個項目，我們向一群非常特殊的生物尋求幫助：趨磁細菌，”她的同事JohannesRaff博士補充并繼續(xù)說道，“由于它們的結構，它們注定要完成這樣的任務。”
因為它們表現(xiàn)出區(qū)別于其他細菌的特征，所以趨磁細菌在細胞內形成納米級磁性晶體。它們像一排珠子一樣排列，形狀如此完美，以至于人類目前無法合成復制它們。每個單獨的磁性晶體都嵌入保護膜中。
晶體和膜一起形成了所謂的磁小體，細菌利用它使自己與地球磁場對齊，并在它們的棲息地中定位。它還使它們適用于簡單的分離過程。
趨磁細菌幾乎存在于從淡水到咸水的任何水環(huán)境中，包括營養(yǎng)極少的環(huán)境。微生物學家ChristopherLefèvre博士甚至在內華達州的溫泉中發(fā)現(xiàn)了它們。正是從他和法國替代能源和原子能委員會(CEA)的同事DamienFaivre博士那里，Rossendorf的科學家們獲得了他們的細菌菌株，更不用說關于如何最好地保存它們的專家建議——因為盡管相當普遍，培養(yǎng)它們需要一些專業(yè)知識。
惡劣環(huán)境中穩(wěn)定的重金屬收集器
趨磁細菌可以在中性pH值下存活，即使在含有較高濃度鈾的水溶液中也是如此。在很寬的pH范圍內，它們幾乎完全將鈾結合在細胞壁中——這是處理與采礦相關的水中發(fā)現(xiàn)的條件的極好基礎。在此過程中，鈾不會滲入細胞內部，也不會被磁小體束縛。
眾所周知，不同類型的細菌可以在它們的細胞壁中結合重金屬，盡管它們的結構可能完全不同。在趨磁細菌的情況下，細胞壁由肽聚糖層形成，肽聚糖層是一種由糖和氨基酸組成的大分子，是許多細菌細胞壁的主要成分，只有4納米厚。
趨磁細菌的細胞壁被由糖和類脂肪成分組成的外膜包圍：鈾的潛在?？奎c。
“我們的結果表明，在趨磁細菌中，肽聚糖在吸收鈾方面起著主要作用。這種知識在這類細菌中是新的和意想不到的，”Krawczyk-Bärsch說。該團隊甚至設法確定了三種特定的鈾肽聚糖種類，并用參考樣本證實了他們的發(fā)現(xiàn)。這些新見解之所以成為可能，要歸功于顯微鏡和各種光譜技術的結合，這種結合在世界其他任何地方都很少見。
“例如，通過與HZDR的離子束物理和材料研究所合作，我們能夠使用電子顯微鏡。我們研究所在現(xiàn)場的鄰近性和同事的專業(yè)知識是我們工作的主要優(yōu)勢，“拉夫說。
凈化污水的意義
由于它們的磁性，趨磁細菌可以很容易地用磁鐵從水中分離出來。Krawczyk-Bärsch解釋說：“可以想象，這可以通過直接在地表水中進行處理或從地下礦井抽水并將其引導至試驗處理廠來大規(guī)模完成。”
使用趨磁細菌可以有效替代昂貴的傳統(tǒng)化學處理——因為趨磁細菌在維護方面要求不高;相比之下，實施其他基于生物質的解決方案通常會因營養(yǎng)和能源需求增加而產(chǎn)生的成本而失敗。
而另一個細節(jié)激發(fā)了研究人員對這些細菌的興趣：它們的蛋白質可以穩(wěn)定二價和三價鐵，從而可以合成儲存在磁小體中的磁鐵礦。“所以，我們真的在問自己這些微生物如何與各種氧化態(tài)的放射性核素相互作用。特別是，我們正在考慮钚，”Raff解釋說。
這是因為，與鈾不同，可以想象它與鐵的化學相似性意味著它使用其他途徑進入細胞。這如何影響钚在自然界中的遷移行為，這是否也是從廢水中去除钚的一種方法?因此，該主題也與處置庫研究相關：任何結果都可以納入安全評估。
研究結果發(fā)表在《危險材料雜志》上。
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