1.利用细菌清除污染物质
⑴利用细菌吸附方法处理工业废水。
2006年3月,朝鲜中央通讯社报道,朝鲜国家科学院微生物学研究所,利用细菌吸附的方法处理工业废水,获得了成功。
报道说,这一方法可以回收工业废水中99.92%的重金属,使重金属的含量降低到水质允许的标准以下。
这种新方法,可以运用于所有产生重金属废水的工厂企业。采用该方法,不仅可以完全不使用昂贵的沉淀剂和化学药剂,而且还能够减少沉淀水量,提高净化效果。
该方法在一些企业的试用结果表明,重金属的含量、酸度和浊度等指标,均降低到现有标准以下。
报道说,新方法成本低,既能防止江河湖泊的污染,又能回收金属离子,经济效益很大。
⑵培育出能够清除汞污染的细菌。
2011年8月,有关媒体报道,美国波多黎各泛美大学的一个研究小组,用转基因手段,对一些细菌进行改造,使它们含有能生成金属硫化物和多磷酸盐激酶的基因。实验显示,这些细菌能抵抗高浓度汞,即使汞浓度高达使普通细菌致死的24倍,它们仍能存活。
此外,这些细菌还能吸收环境中的汞,将其转移到自己内部。实验显示,在高浓度汞溶液中,它们可以在5天内从溶液中清除80%的汞。
研究人员指出,这些转基因细菌,不仅可用于清除环境中的汞污染,而且在细菌内部逐渐聚集大量汞之后,也有利于回收这些汞,供工业生产循环使用。
⑶发现地杆菌具有治理铀污染的能力。
2011年9月,美国密歇根州立大学的一个研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表论文称,一种叫做地杆菌的细菌,具有治理铀污染的巨大潜力。
以往的研究表明,有些地杆菌,能够通过向金属添加电子,用还原周围环境里的金属,来获取能量。溶解在水里的铀,经过这样的还原之后,会变得难以溶解,从而缩小污染范围,并且容易被清除掉。
美国研究小组,对此继续深入研究,发现地杆菌外面长着的细长丝状菌毛,它们是由蛋白质组成的,能够导电,正是这些菌毛在铀污染生物治理中发挥关键作用。研究人员做过以下实验:以硫还原地杆菌为对象,培育出因缺乏某种基因而不能产生菌毛的菌株。把它们与能正常产生菌毛的菌株,进行比较。结果显示,菌毛能大大增强细菌清除铀污染的能力。
实验发现,如果没有菌毛,铀的还原反应是在细菌内部进行,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,还拉远了铀与细菌的距离,提高安全性。
研究人员用一种荧光染料,测量了地杆菌细胞的呼吸酶,在接触铀之后的活性。结果显示,有菌毛的细菌呼吸酶活性更高,因而生存能力更强。有菌毛的菌株在接触铀之后,还能恢复过来,并且比没有菌毛的菌株生长更快。
专家认为,这种方法,理论上也适用于治理,其他一些金属元素的放射性同位素,包括锝、钚和钴等。因此,该成果不仅可用于治理以往核试验造成的铀污染,还有可能帮助应对日本核电站事故。
⑷利用厌氧菌群降解有毒化学污染物质。
2012年6月,有关媒体报道,在欧盟第七研发框架计划资助的支持下,德国专家领导、欧盟多个成员国研究人员参加的一个研究小组,研究开发出利用新型微生物修复技术,努力克服卤代化合物的有害影响,其治理卤代化合物污染场所的研究已取得明显效果。
化学污染物质对人类健康、环境保护和生态系统造成了的严重的威胁及危害。其中,卤代化合物,是现代经济社会中最大量存在的环境化学污染物质之一,主要来自人类广泛使用的杀虫剂、化学溶剂和化工产品等。
研究小组充分发挥“喜好”脱卤酶微生物家族的新菌群,即厌氧的细菌(CBDB1菌株)的“特殊”作用,来消化吸收和有效降解卤代芳香化合物污染物质。为进一步深入理解和掌握厌氧菌群降解化学污染物质的机理,从而提高微生物修复技术的效率,他们从CBDB1菌株生理学的同位素和蛋白质组学入手,集中科技资源研究突破CBDB1菌株的生理学特性,尤其是显示还原卤化苯脱卤和剧毒卤化二恶英的机理。基于生物学技术知识的科研成果,已揭示CBDB1菌株有效降解卤化苯酚和卤代联苯,以及其它几种化学化合物毒性的奥秘。
研究小组的成果,充实了厌氧菌群的生物学基础知识,及其降解危险化学污染物质的应用潜力。该项新型微生物修复技术的普及推广,对生态环境的友好性改善和经济社会的可持续发展,具有重大的现实意义。
⑸利用细菌降低污染物的毒性。
2014年11月,英国曼彻斯特大学大卫·利斯教授领导的一个研究小组,在《自然》杂志上发表研究成果称,他们历时15年深入研究,掌握了细菌是如何降低污染物毒性的详细过程。该研究,有望帮助研究人员开发出降低二恶英、多氯联苯等污染物毒性的新方法。
利斯解释道:“大部分有毒污染物都含有卤族元素,而大多数生物系统,并不知道如何应对这些分子。但是,有些细菌利用维生素B12就能清除这些卤素原子。我们的研究发现,这些细菌使用维生素B12的方式,与我们所知的大不相同。”
据报道,利斯研究小组,通过对生长更快的细菌进行基因改造,从而获取了关键的蛋白质。他们继而利用X射线晶体成像技术,获得卤素原子被清除的细节。他表示,了解这些独特的解毒过程细节后,研究人员现在可以试着复制这一过程,从而开发出新手段,更快速高效地解决世界范围内有毒污染物问题。
目前,大量的有害分子被排放到自然界中,其中许多是通过污染物直接排放,还有些是通过室内垃圾燃烧而来。这些有害分子的浓度日渐升高,对环境和人类的威胁也越来越大。这也是该研究背后的主要动因。人们已经采取了一些手段来限制污染物的产生,例如,多氯联苯在20世纪70年代被美国禁用,并于2001年在世界范围内遭禁。
2.利用细菌推进能源开发
⑴以细菌微生物把废水转化为可用电流。
2006年5月15日,比利时根特大学研究人员组成的一个研究小组,在《环境科学和技术》杂志上发表研究成果称,他们利用细菌微生物形成的一种新型生物能量加工系统,生产出可利用的电流。
研究人员说,水中寄生着大量微小的细菌,其中有些细菌微生物,可以稳定地分解水流中的有机物质,并在这一过程中产生电荷。通过研究和收集这些电荷,他们发明了微生物燃料电池。
研究人员试验了以连续、平行、独立个体等不同排列方式的燃料电池。在历时200多天的检测过程中,他们分别把细菌微生物寄生于厌氧或者有氧的淤泥、医院以及马铃薯加工厂的废水中,经过一定的作用时间后,燃料电池的供能效率增大了3倍。同时还发现,以平行方式排列的燃料电池,可以稳定地产生强电流,电荷生成效率最高。
研究人员说,他们发现,在试验开始阶段,这种微小的生物能量加工系统的运行,依赖于多种变形菌门的菌落,包括可以产生一些无效电流的地杆菌属以及谢瓦纳拉菌属。然而,到试验结束电流生成量达到高峰时,产生电荷最多的只剩下一种微生物即短芽施杆菌。
⑵利用固氮细菌制造氢气。
2008年8月25日,《每日科学》网站报道,美国农业部下属的农业研究服务机构,发明了一种识别固氮细菌的方法,无需经过基因组测序或者遗传修饰,这将有利于更好地制造清洁能源氢气。
固氮细菌是以空气中的氮气为养料,形成自身蛋白质的微生物。它们生活在土壤,以及某些植物的根部,把空气中的氮转化成化学养分,来供植物生长。固氮细菌,是氢的重要微生物来源,它们主要通过光合作用来产生氢气,目前研究较多的主要有颤藻属、深红红螺菌、球形红假单胞菌、深红红假单胞菌、球形红微菌、液泡外硫红螺菌等。
研究人员通过使用一种选择剂,来找到能产生氢气的固氮细菌的菌株,而无需通过基因组测序或者遗传修饰。研究人员使用这种选择剂,能够确定一个基因,该基因使细菌的氢气摄取活动系统钝化,于是产生的所有氢气都被释放出来,因为菌细胞不能再利用氢气,它们产生的氢气,能够被捕捉并且作为燃料来使用,产生水和热量。
⑶发现可利用深海细菌寻找海底石油。
2009年9月18日,加拿大科学家凯西·休伯特博士率领的一个国际研究小组,在《科学》杂志上发表研究成果称,他们在挪威附近北冰洋海底的沉积物中,发现了大量处于冬眠状态的一种嗜热菌。它们以细菌芽孢状态存在,在低于0℃的海底冬眠。这项发现,使科学家可能有机会追踪到来自海底热环境中渗出的热流,从而可能利用这种手段找到海底蕴藏的石油和天然气。
研究小组发现,这种嗜热菌以孢子形式冬眠于沉积物中,可以抵御其所处的恶劣环境。实验显示,在40℃~60℃之间,这些孢子就可以复活为细菌。因此研究人员认为,这些冬眠细菌可能来自海底的某些热区域。
休伯特博士目前接受加拿大自然科学和工程研究委员会的资助,在德国与多国科学家开展合作研究。他表示,最令他们关注的是,这种细菌与取自海底石油的细菌在遗传特征上有许多相似性。目前他们正在探索这些细菌究竟来自何处,如果它们来自某个泄漏的海底石油储藏地,那么其今后将可帮助人类找到海底石油。
这些细菌属厌氧菌,而且在海底沉积物中大量存在,源源不断。研究人员由此推断,一种可能,是它们来自于大洋深处的高压原油储藏区域,向上泄漏的原油将其带入海底水域。另一种可能,是海底“黑烟囱”或其他热流口的存在,产生的热液流动将其带出。但这种嗜热菌究竟来自何处,还需要进一步通过研究来确证。
⑷用大豆根部固氮细菌把一氧化碳变成燃料丙烷。
2010年8月,美国加州大学欧文分校马库斯·里贝等专家组成的一个研究小组,在《科学》杂志上发表论文表示,一种存在于大豆根部的固氮细菌所产生的酶,可能有望成为实现新型空气动力汽车梦想的关键。这种酶名为钒固氮酶,它可以把常见的工业副产品一氧化碳(CO)转化为燃料丙烷。
研究人员表示,目前,该研究还处于早期阶段。不过,他们同时表示,这项研究最终可能会带来全新、环保的燃料生产方式,最终从稀薄的空气中提取汽油。里贝说,这种微生物是一种非常常见的土壤细菌,我们对其已有深入了解,并且实施了长期的研究。他还说,虽然我们仍在研究钒固氮酶,但我们知道这种酶具有不同寻常的特性。
科学家研究的这种微生物,名叫棕色固氮菌。是一种对环境很重要的细菌,它通常存在于像大豆等固氮植物根部周围的土壤中。
农场主之所以对含有棕色固氮菌的植物情有独钟,是因为这种细菌可充分利用多种酶,把大气中毫无用途的氮气变成重要的氨和其他化合物。接下来,其他植物吸收这些化合物,利用它们生长。里贝在研究中与合作者将一种氮——钒固氮酶——隔离出来,用以把氮变成氨。接着,他们从钒固氮酶中分离出氮和氧,并用一氧化碳填补剩余空间。
没有了氮和氧,钒固氮酶开始把一氧化碳,变成两到三个原子长的短碳链。一个三碳链通常被称为丙烷。丙烷是一种点燃后形成蓝色火焰的气体,是常见的火炉中使用的燃料。
里贝说,很显然,如果我们可以制造出更长的碳碳链,这项发现最终会令我们开发出合成液态燃料。新酶只能形成两到三个碳链,而不是构成液态汽油的更长链。不过,里贝认为,可以对钒固氮酶做出改动,令其可以生成汽油。如果这项技术得到进一步完善,最终或能令汽车以自身排放的尾气当作部分燃料。而经过更长时间的研究,汽车甚至还能从空气中“吸收”二氧化碳供其运行的燃料,而目前已经拥有把二氧化碳变为一氧化碳的技术。
3.利用细菌研制生物医用产品
⑴试用转基因细菌合成青蒿素。
2006年4月,有关媒体报道,青蒿素是目前最有效的抗疟疾药物之一,但对最需要它的贫困患者来说仍过于昂贵。美国加利福尼亚大学伯克利分校的一个研究小组,成功地用转基因酵母,合成了青蒿素的前体物质——青蒿酸,有望大幅增加青蒿素产量、降低治疗疟疾的费用。
研究人员说,他们的新研究成果,有望把青蒿素药物价格大大降低。
该研究小组曾经把青蒿的一个基因,植入大肠杆菌。利用细菌的生物合成过程,获得一些中间物质。但这些物质,还需要几步反应,才能生成青蒿酸。
在最新的研究中,研究人员在青蒿里,发现了一种与青蒿酸合成有关的新酶。把制造这种酶的基因,植入酿酒酵母后,酵母制造出了青蒿酸。这项新成果,有望为大幅降低青蒿素生产成本开辟道路,但付诸实用至少还需要几年时间。
⑵计划把双歧杆菌加工成预防流感的健康食品。
2006年5月,《日经产业新闻》报道,日本森永乳业公司等机构组成的科研小组,经过研究认为,每天摄取大量双歧杆菌可以预防流感。
科研小组在2004年11月至2005年3月之间,以27名65岁以上老人为对象进行研究。他们在最初6周让每位老人每天服用含1000亿个双歧杆菌的粉末(相当于一升酸奶的双歧杆菌含量),其间,给他们接种了流感疫苗。
从第7周开始,研究人员将27人分成两组,其中一组继续按前6周的剂量服用双歧杆菌,另一组则服用安慰剂。最后,服用安慰剂的研究对象中有5人患上流感,而继续服用双歧杆菌的一组则无一发病。血液检查显示,自始至终服用双歧杆菌的人体内,白细胞的数量多于另一组。
森永乳业公司认为,老年人一旦患上流感就容易恶化。双歧杆菌是乳酸菌的一种,它能提高老人的免疫力,即使疫苗作用减弱,也能降低他们受流感侵扰的概率。森永乳业公司计划把双歧杆菌加工成粉末或片剂,将其作为健康食品实现商业化。
⑶用苏芸金杆菌制成毒死蚊子幼虫的杀虫剂。
2006年6月,俄罗斯媒体报道,含氯、磷化合物的杀虫剂容易危害其他生物,而用特定病毒对付蚊子幼虫等办法成本很高。为了趋利避害,莫斯科生物化学研究下属的一家实验室,筛选出一种苏芸金杆菌作为原料研制杀虫剂。这种细菌能通过体内生命活动合成一种晶体,当该晶体通过水流进入蚊子幼虫的肠道后,可在其肠道物质的作用下释放出毒素,最终毒死蚊子幼虫。这种杀虫剂对人、畜和鱼均无害。
参与研究的专家介绍说,为了获得上述晶体,需要先对苏芸金杆菌进行培养。当苏芸金杆菌体内的特定晶体积累到一定程度后,可破坏杆菌的细胞膜,提取出晶体。为了避免提取物中含具有繁殖作用的芽孢,造成杆菌繁殖失控,专家培育出了只能通过克隆繁殖的苏芸金杆菌,然后再将其合成的晶体制成一种浅褐色浓缩液。
⑷用厌氧菌研制出抗菌物质。
2010年4月8日,德国莱布尼茨自然物质与传染病生物学研究所发布公报说,该所研究人员利用厌氧菌制造出一种新的抗菌物质,这种化合物在抑制一些有耐药性的细菌方面很有效,有可能用于研制新型抗生素。
自从发明抗生素以来,微生物中的自然物质一直是抗生素的重要来源。然而,有些病菌,总能想方设法适应抗生素的作用,并形成抗体,其中典型例子就是金黄色葡萄球菌。它的某些菌株,已对常用抗生素甲氧西林产生耐药性,变成有“超级病菌”之称的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,可导致严重甚至致命的炎症。
他们通过在实验室中模拟“解纤维梭菌”的自然营养环境,促使这种厌氧菌合成了一种化合物,它含有很多硫原子,化学结构非常特殊。初步研究显示,这种化合物,对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等耐药病菌,具有显著的抑制效果。
研究人员说,利用厌氧菌合成抗菌活性物质意义重大,下一步将研究其具体作用机制,并将检验这种化合物是否适宜制造抗生素。
⑸利用转基因光合细菌生产单糖和乳酸。
2010年7月,美国哈佛大学维斯生物启迪工程研究所杰弗里·维、哈佛医学院帕梅拉·瑟尔沃领导的一个研究小组,在《应用和环境生物》杂志上发表论文表示,光合细菌(PSB)进行基因工程改造后能够产生单糖和乳酸。
光合细菌,是一种能进行光合作用而不产氧的特殊生理类群原核生物的总称,是一种典型的水圈微生物,广泛分布于海洋或淡水环境中。光合细菌作为一种特殊营养和特殊细菌,已在畜牧、水产、环保、农业上进行应用试验。
杰弗里·维说,我们的研究,主要是利用转基因技术,让微生物按照我们的要求来工作,此次是生产食物添加剂。这些发现,在人类社会走向绿色经济过程中,具有十分重要的现实意义。
采用转基因光合细菌生产单糖和乳酸等化合物,有多种益处。一是能够减少二氧化碳排放,二是有助于生产更多的生物可降解塑料,三是可以减少空气中的碳含量。此外,这种利用光合作用进行单糖、乳酸和其他化合物的生产方式,其生产成本也会大大降低。
转基因技术,只有二三十年历史。光合细菌,则是地球上最早出现的,具有原始光能合成体系的原核生物。哈佛大学完成的这项成果,是把人类最年轻的技术,嫁接到自然界最古老的生物上,为我们开辟了一种低碳经济的美好前景。作为重要的微生物资源,光合细菌显著、确切的应用效果,已被研究证实,而其中不少限制和难题,未来都可望以转基因手段加以解决。
⑹尝试以诺维氏梭菌为药治疗癌症。
2014年8月18日,《新科学家》杂志网络版报道,美国生物科技公司“生物医疗谷发现”公司的绍拉布·萨哈和同事们发现,一种生活在土壤中的致病细菌:诺维氏梭菌有可能成为新的抗癌辅助手段。这种微生物不仅让实验狗体内的肿瘤缩小了,对于人类肿瘤似乎也同样具有一定效果。
研究人员说,诺维氏梭菌是一种常见的厌氧菌,其释放的酶可以刺穿并杀死哺乳动物细胞。他们想弄清楚,是否可以利用这种细菌,有选择性地杀死哺乳动物癌性肿瘤中的细胞,因为肿瘤组织中血行不畅,导致供氧不足,而这些细菌恰好喜欢缺氧环境。
据报道,研究小组对诺维氏梭菌进行基因改造,剔除其产生毒素的主要基因,使其不会构成严重的健康风险,然后将转基因细菌注射到16只实验狗的肿瘤内。三个星期后,有9只狗体内的肿瘤已经萎缩或者消失。
研究人员随后在一位53岁的女性身上进行了细菌疗法的人体测试。这位女性体内的癌细胞已经扩散至肝脏、肺部和右肩软组织,但肿瘤对标准治疗无反应。研究人员将转基因诺维氏梭菌注射到她的肩部肿瘤,一个月后,肿瘤出现了萎缩。虽然注射细菌的确引发患者出现了细菌感染的一些常见症状,比如发烧和恶心,但在肿瘤缩小之后,这些症状可以通过使用抗生素得到控制。
此次试验还显示,细菌并未侵袭肿瘤周围健康的富氧组织。事实上,在显微镜下,研究人员能够看到,细菌感染的肿瘤细胞,与非癌性正常细胞之间的精确边界。萨哈说:“这是第一项探讨利用细菌来消灭人体肿瘤的研究,其结果显示了良好的应用前景。”
哈佛医学院和贝思以色列女执事医疗中心的维卡斯·萨克哈特姆表示,这是一项出色的研究,它对局部肿瘤有很好的效果,但该疗法能否用于转移性癌症,还有待更多的研究加以证明。
萨哈强调,细菌不是治疗癌症的灵丹妙药,该方法与常规的化疗、放射治疗甚至个性化的癌症治疗方法截然不同,但若与其他疗法结合使用,可以为抗击癌症提供新的武器。
⑺用益生菌制成帮助肥胖者减肥的微生物药物。
2015年3月22日,《每日科学》网站报道,微生物有望成为未来的饮食时尚。最近,美国范德堡大学微生物学家戴维斯主持的一个研究小组,修改了一种益生菌的基因,用它制成的微生物药物,能产生一种特殊分子,这种分子正常代谢后,会变成一种抑制饥饿的脂质。在治疗实验中,摄入转基因细菌药物的小鼠吃得更少,体内脂肪更少,即使在吃高脂肪食物的情况下,也能延缓或避免糖尿病。这为人类提供了一种很有希望的减肥方法。
肥胖会大大增加人们患其他病症的风险,如心脏病、中风、Ⅱ型糖尿病和某些癌症。1/3的美国人有肥胖问题,大部分减肥方法都收效甚微。近年来,许多研究表明,或许肠道微生物群,才是决定一个人是否肥胖的关键因素,策略性地改变肠道微生物,能影响人们的健康。
据报道,研究人员选择了NAPEs(N-酰基-磷脂酰乙醇胺)作为治疗分子,这种分子是在人们饭后的小肠中所产生的,并会迅速转化为能强效抑制食欲的脂质NAEs(N-酰基-乙醇胺)。他们修改了一种益生菌的基因,使其能产生NAPEs,然后把这种细菌加入到小鼠的饮水中。这些小鼠此前吃的都是高脂肪食物,已经变得很胖,并有糖尿病、脂肪肝的迹象。
他们把小鼠分为两组,第一组喝含非转基因细菌的普通水,第二组喝含有能产生NAPEs的转基因细菌药物的水。经8周后对比两组小鼠发现,第二组小鼠体重比治疗前减轻了15%,其肝脏和葡萄糖代谢也比对照组要好。12周后,它们比对照组体重更轻,体型也更苗条。
在进一步实验中,研究小组发现,如果小鼠体内缺乏一种把NAPEs转化为NAEs的酶,给它们服另一种能产生NAE的转基因细菌就能解决问题。戴维斯说:“在最终的临床试验中,或选用能产生NAE的细菌是最好的。我们认为,在那些不能产生很多把NAPEs转化为NAEs的酶的人类身上,也会很有效。”
开始人体试验的主要障碍,是接受治疗者可能通过排泄物把这些特殊细菌传染给别人。”戴维斯说:“我们不想有人在毫不知情的情况下无意中被治疗。尤其是被传染者可能是有特殊疾病的小孩或老人,抑制食欲细菌可能对他们有害。所以,我们还在研究转基因细菌,最大限度地降低它们的传播能力。”
微生物药物还有一个优点,是不用记住按时吃药,普通减肥药至少要每天吃一次。戴维斯说,他的目标是造出能在肠道存活6个月或一年的治疗用细菌,以长期持续释放药物。
4.开发利用细菌形成的其他新成果
⑴拟送细菌上火星开展生命星际飞行实验。
据报道,2009年10月,俄罗斯科学家开始在太空开展一项生命科学实验,旨在研究地球生物,在未加防护的条件下,能否在外太空长时间存活。以此验证一种关于生命起源的有生源说假设。这种假设认为,物种都是由以往生物繁殖而来的,原始生命是一切后来生命的渊源。并认为简单的生物能够在太空漂浮、存活很长时间,地球上的生命起源于从其他星球漂浮到地球上的简单生物。
按照实验计划,俄罗斯已发射一艘名为“火卫一土壤”的自动飞船,搭载地球生命,飞往预定目标。飞船将飞行10个月抵达火星轨道,并围绕火星轨道飞行数月,最终在火卫一着陆。该飞船将从火卫一采集土壤样本,同飞船生命星际飞行实验舱一同返回地球。这些采集自火卫一的土壤,将有望成为自人类从月球取回土壤后,首次从外星球取回的土壤样本。
“火卫一土壤”飞船,将持续执行任务34个月。搭载的地球生物,放在一个直径3英寸的钛金属盒子内。这些将经受严酷考验的地球生物,包括能耐受强辐射的科南细菌,能无中生有获得父母不存在基因的阿拉伯芥,能忍受极端温度和压力的熊虫,还有酿造啤酒的酵母菌,以及从西伯利亚极地地区永久冻土中含有的许多微生物。
⑵培育出遇见地雷会变色的细菌。
2009年11月16日,英国爱丁堡大学发布公报宣布,他们培育出一种遇见地雷就会变色的细菌,可用于在雷区安全快捷地大规模扫雷。
公报说,如果地下埋有地雷,这种细菌就会发出绿光。因此,可以把这种细菌混入无色的溶液中,然后把溶液喷洒在地上,有地雷的地方就会显示出绿色的斑块。
研究人员介绍说,在实际应用中,可以利用飞机在雷区上空大规模喷洒含有这种细菌的溶液,探测结果在几个小时后就能显示出来。另外,这种细菌生产成本低,对人和动物无害。不过研究人员表示,目前还没有将这一成果商业化的计划。
⑶利用大肠杆菌“造”出最耐热生物塑料。
2014年2月,日本科学技术振兴机构等机构组成的一个研究小组,在美国化学学会刊物《大分子》网络版上发表论文称,他们利用大肠杆菌,通过转基因操作和光反应等方法,制作出400℃左右高温下也不会变性的生物塑料,是当前同类塑料中最耐热的。
研究人员说,这种塑料是透明的,硬度特别高,用于汽车上代替玻璃,能大幅度减轻汽车重量,从而节约能源、减少二氧化碳排放。
生物塑料用来自植物等的生物质为原材料生产,有利于保护环境。但此前的生物塑料硬度和耐热性都较差,所以用途有限,一般都是作为一次性材料使用。
该研究小组注意到,某些放线菌分泌的一种氨基肉桂酸,拥有非常坚固的结构。他们根据这一发现,对大肠杆菌进行基因重组,再利用它使糖分发酵,制造出自然条件下几乎不存在的“4-氨基肉桂酸”。
研究人员通过光反应和高分子化等方法,用“4-氨基肉桂酸”聚合制取聚酰胺酸,然后在150℃至250℃的真空下,加热制成聚酰胺薄膜。这种薄膜难以燃烧,能够耐受390℃至425℃的高温,而此前生物塑料的最高耐热温度是305℃。
研究人员认为,比起以石油为原料、通过复杂工艺制造的传统塑料,这种生物塑料成本相对较低。他们今后准备进一步提高其强度,争取早日达到实用化。
5.开发利用细菌出现的新技术
借鉴芯片印刷术成功开发细菌“印刷术”。
2005年5月,美国媒体报道,哈佛大学道格·维贝尔等人组成的一个研究小组公布研究成果说,他们开发出一种能够将活的细菌,以精确的模式印在固体表面的技术。这种技术,将有助于解释细菌是如何在空间内相互影响的。了解了这种关系,就能帮助研究人员找到阻止细菌攻击的方法,并能用它们清除污染物。
例如,细菌有时会形成生物膜,这是一种独特的生物群落,它成粘稠的糖状薄片,依附在表面上。而细菌在这种状态下,能够更好地处理废物。但我们并不知道在何种情况下,细菌才会形成这样的生物膜,而又是为什么它们在这种状态下会更加富有弹性。
维贝尔说,通过这项研究,我们试图明白两个位于同一表面的相邻细菌,是如何发出信号,从而形成这种长距离的相互依赖的。
生物学家已经有了较粗劣的制成细菌模式的技术,包括将一列相互整齐有距离的细菌液,滴入细菌营养液中并让这些液滴滴在无菌的表面。但由于液体会扩散,使得无法生成一个精确的,可再生的模式。
为了制成各种不同种类细菌的复杂模式,维贝尔从计算机芯片工业中借鉴了一个名为影印石版术的技术。
通常,在制作芯片时,会在一个硅晶片的表面包一层薄薄的感光聚合物,然后通过模板将紫外线照到上面,最后消溶掉感光部分,从而制成需要的模式。
维贝尔用这种刻好的芯片当模具,并往内充入液态聚合物。待其冷却、定型,将其取出,就形成了一个带印痕的薄片。再把薄片外包上琼脂糖,这是一种供细菌生长的营养凝胶。他用吸液管将细菌溶液滴在琼脂糖上,琼脂糖吸收了水分,只留下了一层固体状的细菌层。
然后只需将这块带刻痕的薄片,印在一个清洁的营养凝胶上,就可以印刷细菌,制成一个与母版一模一样的活的复制品。这种复制品只有一微米厚,而这正是一个细菌的大小。留在母版上的细菌,只需给予温暖就可以在表面繁殖,重新形成一张毯子,为母版充上“墨水”。
维贝尔已经用这种方式制成了不同种类细菌的模式,以及同一个种类细菌在不同的化合物中的模式,并培育出生物膜。