基改酵母能幫助我們清除大自然中有毒的重金屬

重金屬造成嚴重污染(圖:網絡)

工業廢料所含的重金屬,往往對環境造成嚴重污染。由於重金屬對人類甚至動物都有危害性,所以科學家一直希望清除環境中的重金屬。但這並非一件容易的事——當我們使用化學分離法去清除重金屬的時候,同時間我們會不斷釋放其他化學物到大自然中。

而生物修復(Bioremediation)利用生物物種去清除環境中的污染物,是近年環境科學研究的熱門課題。 某些植物能夠自然地吸收環境中的重金屬,而不產生其他污染物,但植物的生長規模並不足以清除環境中所有的有害金屬,而且亦有可能因季節性因素,局限植物的金屬吸收效率。

微生物處理重金屬

因此,科學家不斷嘗試利用生物科技,基因改造出一些能夠移除重金屬的微生物。而最近,由羅馬尼亞和挪威兩國科學家組成的科研團隊就成功研製出能夠處理重金屬的酵母,研究刊登於《應用微生物學和生物科技》期刊(Journal of Applied Microbiology and Biotechnology)。

研究人員合成出一種特殊的蛋白質,該蛋白質能被分為三個部分,胞膜鑲嵌蛋白(membrane anchor),綠螢光蛋白(GFP),以及一種金屬結合肽 (metal binding peptide)。這些基因被置入釀酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae )當中,而基改蛋白則會被裝嵌在細胞膜之中,並發出綠光來向研究人員顯示基改蛋白的位置。

釀酒酵母能成為其中一種實驗測試樣本,是由於它是一類對人類和環境都無害的微生物,而且其高度糖基化的負電性細胞壁 (磷酸基和羧酸鹽)非常適合吸附正電荷金屬離子,成為理想生物修復的模型。

(圖:American Council on Science and Health)

成果與前景

隨後,科學家繼續測試基改酵母吸收不同種類金屬的能力。但不同胺基酸組合的基改蛋白質對不同金屬的吸附能力有明顯分別,基改酵母的金屬結合肽由天冬氨酸和谷氨酸組成,而這個組合吸收銅和錳離子成效良好;含半胱氨酸的蛋白質則最易吸附鎘和銀離子;而含組氨酸的蛋白部分吸附鈷和鎳離子的能力則最佳。 當中最利害的菌珠甚至乎能夠移除 80% 種類的重金屬離子。

雖然基改酵母在實驗中表現良好,但科學家還需要進行實地測試,確保酵母的實用性,亦需要考慮如何將這些吸收掉有毒金屬的酵母有效回收,防止重金屬再度殘留在環境當中。

 

參考資料

  1. Ruta, L. L., Kissen, R., Nicolau, I., Neagoe, A. D., Petrescu, A. J., Bones, A. M., & Farcasanu, I. C. (2017). Heavy metal accumulation by Saccharomyces cerevisiae cells armed with metal binding hexapeptides targeted to the inner face of the plasma membrane. Applied Microbiology and Biotechnology, 101(14), 5749-5763. doi:10.1007/s00253-017-8335-0
奕晞
明日科學編輯,英國諾丁漢大學微生物學學生,專注研究傳染病與免疫學,目前努力畢業中。